KR100728866B1

KR100728866B1 - 저압 전류측정장치를 이용한 철도차량 대전류 측정 시스템

Info

Publication number: KR100728866B1
Application number: KR1020040053543A
Authority: KR
Inventors: 백광선; 이강원; 권성태
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2007-06-19
Also published as: KR20060004432A

Abstract

본 발명은 저압 전류측정장치를 이용한 철도차량 대전류측정 시스템에 관한 것으로, 저압용 변류기를 이용하여 가선으로부터 철도차량으로 유입되는 고전류를 측정하는 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 철도차량에 전원을 공급하는 가선으로 부터 전원을 공급받는 동도체가 관통되고 상기 동도체를 통해 대전류가 흐르면 일정비율 이하의 소전류로 변환하여 신호선으로 출력하는 저압용 전류측정장치와; 상기 전류측정장치를 상기 동도체와 전기적으로 절연시키도록 절연유가 채워지는 외함과; 상기 외함과 상기 철도차량 사이에 형성되어 상기 전류측정장치로 부터 대전류의 상기 철도차량으로의 유입을 차단하는 절연애관;으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 저압용 측정장치를 철도 차량에 적용하여 고전압하에서 저가의 비용으로 대전류를 정밀하게 측정하여 전자파장에(EMI)를 정확히 측정할 수 있다.

저압, 전류, CT

Description

저압 전류측정장치를 이용한 철도차량 대전류 측정 시스템{High Current Measuring System of Railway Car Using Low Current Transformer}

도1은 종래 전류 측정용 고압 전류측정장치(CT)를 도시한 도면이다.

도2는 종래 철도차량의 변압기별 1차전류 측정치를 도시한 도면이다.

도3은 통상의 저압용 전류측정장치의 개념도이다.

도4는 본 발명에 따른 저압용 전류측정장치를 이용한 고전압 환경하에서의 전류측정 시스템을 도시한 도면이다.

*** 도면의 주요부분 대한 부호의 설명 ***

100,300 : 전류측정장치 102, 312 : 절연애관

104a,104b ; 전류입력단자 106a,106b : 출력단자

200 : 변류기 202 : 코아(core)

204 : 코일(coil) 206, 302 : 동도체

306 : 절연유 310 : 신호선

314 : 관통홀 316 : 외함

318 : 고정판

본 발명은 저압 전류측정장치를 이용한 철도차량 대전류측정 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 저압용 변류기를 이용하여 가선으로부터 철도차량으로 유입되는 고전류를 측정하는 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 전기철도에서는 철도에 구동전원을 공급하기 위해 설치되는 가선으로부터 전류를 입력받아 추진장치 및 제어전원 등 차량에서 필요한 전원으로 사용한다.

따라서, 이와 같이 전류를 입력받는 과정에서 철도차량으로부터 고조파가 발생하고 이는 가선과 신호에 영향을 주므로 이를 제어하고 확인하는 과정을 거쳐야 한다.

그런데, 철도차량에서 입력받는 전원은 AC25,000V 또는 DC1,500V의 고압으로써, 이런 환경에서 가선으로부터 유입되는 전류를 측정하는 경우에 고전압이 각종 계측기로 유입될 수 있으므로 고압용 전류측정장치(CT;Current Transformer)를 별도로 설치를 해야 하는데 전자파 잡음을 발생시키며 공중을 통한 전자파 방사의 형태나 전원선 같은 도선을 통한 전도의 형태로 전달되는 전자파장애(EMI)까지 측정할 수 있는 센서는 고가(高價)이고 특수제작을 해야 한다.

따라서, 종래에는 철도차량에 유입되는 전류를 측정하기 위해서는 도1에 도 시한 바와 같이 고전압하에서 사용되는 전류측정장치(Current Transformer)(100)를 이용하여 절연거리를 확보하기 위해 절연애관(102)을 사용, 전류입력단자 (104a, 104b)를 통해 흐르는 대전류를 측정하여 그와 같이 검출된 센싱(sensing)값을 검출하는 출력단자(106a,106b)를 통해 얻을 수 있는 구조를 갖는 고압용 전류측정장치(CT)(100)를 철도차량에 설치하여 사용하였다.

그런데, 상기 고압용 전류측정장치(CT)(100)는 생산원가와 철도차량의 측정 목적상 정밀도가 높은 센서가 필요없는 관계로 고압 애관(102)을 사용한 저정밀도의 고압용 전류측정장치(CT)(100)이므로 전류의 순간적 변화에 대한 응답과 선형성 등 대전류의 전자파장애(EMI)를 정확하게 측정할 수 없는 문제점을 가지고 있다.

또한, 고가의 고압용 전류측정장치(CT)(100)는 철도차량의 성능에 맞게 주문 제작되어야 하지만 비용이 고가이고, 제작된 제품의 특성이 정확한지를 검증하는 것이 어려우므로 설치, 시험이 곤란한 실정이다.

그리고, 저전압환경(변압기 접지측)의 전류를 측정하여 고정밀도의 전류를 측정하고자 하는 경우는 있으나 이때는 변압기 1대만의 전류만 측정이 되므로 정확한 전자파장애(EMI)의 측정이 곤란한 상태에 있다고 할 수 있다.

특히, 고속전철과 같이 1대의 집전장치로 여러대의 변압기 전류를 측정하고자 하는 경우 차량 전체 전자파장애(EMI)를 측정하는 것이 불가능하게 된다. 이는 각 인버터의 스위칭 순간이 다르므로 나타나는 현상이 있기 때문이다.

즉, 도2에 도시한 바와 같이 차량 1대에서 변압기를 2대 이상 사용할 경우, 변압기 1차측의 전류를 측정했을 때 각 변압기에서의 전류의 형상을 보여주는 것으 로 정확하게 동일한 지점에서 전류가 시작하지 않음을 알 수 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 충분한 전자파장애(EMI)의 측정능력과 대전류를 감지할 수 있는 저압용 전류측정장치(CT)를 사용하여 고전압 환경에서 대전류를 측정할 수 있는 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명은 저압 전류측정장치를 이용한 철도차량 대전류 측정 시스템에 관한 것으로서, 철도차량에 있어서, 상기 철도차량에 전원을 공급하는 가선으로부터 전원을 공급받는 동도체가 관통되고 상기 동도체를 통해 대전류가 흐르면 일정비율 이하의 소전류로 변환하여 신호선으로 출력하는 저압용 전류측정장치와; 상기 전류측정장치를 상기 동도체와 전기적으로 절연시키도록 절연유가 채워지는 외함과; 상기 외함과 상기 철도차량 사이에 형성되어 상기 전류측정장치로 부터 대전류의 상기 철도차량으로의 유입을 차단하는 절연애관;으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 절연애관은 중앙부에 관통홀을 형성하여 상기 저압용 전류측정장치의 신호선을 상기 상기 관통홀에 통과시키는 것을 특징으로 한다.

상기 동도체는 순도 100%의 동(銅) 바(bar) 또는 동 케이블(cable) 중에 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 전류측정장치는 관통형 변류기(CT : Current Transformer);인 것을 특 징으로 한다.

본 발명에 따른 저압용 전류측정장치를 이용한 철도차량 대전류 측정 시스템을 첨부한 도면을 참고로 하여 이하에 상세히 기술되는 실시예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

도3은 통상의 저압용 전류측정장치의 개념도이고, 도4는 본 발명에 따른 저압용 전류측정장치를 이용한 고전압 환경하에서의 전류측정 시스템을 도시한 도면이다.

도3에 따르면, 통상적으로 전류측정장치로 사용되는 변류기(CT ; Current Transformer)(200)는 폐루프형 즉 관통형으로 구성되어 있다.

상기 변류기(CT)(200)는 일반적으로 고전압 및 대전류를 소전압 및 소전류로 변환하는 전류 검출기를 의미하는 것으로서, 상기 변류기(CT)(200)는 원형의 코아(core)(202) 및 상기 코아(202)의 일단에 권취된 코일(coil)(204)로 구성되며, 상기 코아(202)는 변류기(CT)(200)의 종류에 따라 권선형, 막대형, 관통형, 공심형 등의 서로 다른 코아의 형상을 갖는다.

본 발명의 전류측정장치로 사용되는 변류기(CT)(200)는 관통형 변류기(200)로서, 상기 코아(202)의 중앙부로는 1차측 전원선인 동바 또는 동케이블로 이루어진 동도체(206)가 통과되며, 변류기(CT)(200)의 종류에 따라 상기 코아(202)의 외주로 1차측 전원선이 권취되기도 한다.

상기 1차측 전원선인 동도체(206)로 흐르는 고전압 및 대전류는 상기 권취된 코일(204)로 유기되도록 하되, 그 출력치는 소전압 및 소전류이므로 상기 고전압 및 대전류를 쉽게 검출할 수 있다.

물론, 이는 1차측 전원선의 권선비와 2차측 전원선의 권선비에 따라 검출 비율을 달리할 수 있는 것이다.

도4에 따르면, 본 발명에 적용되는 저전압용 전류측정장치(CT)(300)는 도시철도차량에 적용하여 철도차량의 가선으로부터 공급받는 교류 25,000V 또는 직류 1,500V 의 고전압환경하에서 사용하고자 하는 경우 절연의 문제가 크게 부각된다.

따라서, 집전장치에서 철도차량 내에 있는 변압기에 급전선의 연결 구조에 변형을 가해야 한다.

그때, 센서역할을 하는 전류측정장치(CT)(300)의 코어의 중앙에 관통되게 설치되는 동도체(302)로 전류가 흐르도록 해야만 한다.

일반적으로 철도차량에서는 대전류가 유입되는 이 부분에 편조쉴드선을 사용하여 선의 움직임이 자유롭게 하여 작업성의 향상을 돕는다.

그런데, 이와 같은 동도체(302)로 이루어진 편조쉴드선을 센서역할을 하는 전류측정장치(CT)(300)의 코어의 중앙에 관통시킬 경우 철도차량의 이동으로 편조쉴드선이 전류측정장치(CT)(300)의 코어쪽으로 더 가깝게 움직여 절연거리가 절연파괴에 이를 정도로 가깝게 되는 경우 전류측정장치(CT)(300)의 파손이 발생함은 물론이고, 철도차량 내부의 계측장치 및 사용자에 큰 위험이 초래될 수 있다.

따라서, 상기 전류측정장치(CT)(300)의 코어 중심부를 관통하여 대전류가 흐르는 동도체(302)는 단단하면서 저항이 낮은 순도 100%의 동(銅) 바(bar) 또는 동 케이블(cable)을 사용하여 상기 전류측정장치(CT)(300)의 코어 중심부(304)에서 흔들리지 않도록 하는 것이 중요하다.

또한, 공기중의 절연파괴를 막기 위해 센서역할을 하는 상기 전류측정장치 (CT)(300)와 동도체(302)사이에 절연유(306)를 투입하여 절연을 확보하고 공기와 절연물을 동시에 사용하여 이종 절연에 따른 절전강도의 저하를 막는다.

또한, 상기 동도체(302)를 흐르는 전류를 일정 비율 이하로 줄인 전류를 출력하는 신호선(310)을 통한 장치 및 계측 담당자의 위험을 방지하기 위하여 25000V용 절연애관(312)을 철도차량과 센서역할을 하는 상기 전류측정장치(CT)(300) 사이의 지지물로 사용하여 절연시키게 된다.

이때, 절연애관(312)의 중앙에 관통홀(314)를 두고 신호선(310)을 내부로 관통하여 철도차량의 내부로 유입함으로써 절연성에 문제가 없도록 한다.

좀더 구체적으로 설명하면, 도4는 본 발명에 따른 전류측정장치(300)로 전류측정 센서인 관통형 변류기(CT)를 절연유(306)에 집어넣고, 그 사이를 고전압 및 대전류가 흐르는 동도체(302)가 지나가도록 하는 구조를 도시한 도면으로서, 상기 동도체(302)와 전류측정장치(CT)(300) 사이에는 중간의 절연유(306)의 절연이 파손되지 않을 정도의 거리를 유지하도록 해야 한다.

이??, 상기 절연유(306)의 외부에는 부도체인 외함(316)이 있으며, 상기 외함(316)은 전류측정장치(CT)(300)가 움직이지 않도록 고정하여 주며, 상기 동도체 (302)와 전류측정장치(CT)(300)간의 거리가 변하지 않도록 고정하여 준다.

그리고, 도체인 철도차량의 지붕의 고정판(318)과 전류측정장치(CT)(300) 사이에는 절연애관(312)이 있어 센서인 전류측정장치(CT)(300)가 있는 외함(316)을 지지한다.

또한, 상기 전류측정장치(CT)(300)와 절연애관(312) 그리고 외함(316)은 강력한 접착제에 의하여 고정되고, 절연유(306)가 신호선(310)이 통과하는 절연애관 (312)의 중심부의 관통홀(314)로 누유되지 않도록 한다.

이상과 같이 본발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등의 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미친다.

이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르면 저압용 측정장치를 철도차량에 적용하여 고전압하에서 저가의 비용으로 대전류를 정밀하게 측정하여 전자파장애(EMI)를 정확히 측정할 수 있다.

또한, 변압기 별로 전류의 전자파장애(EMI)를 측정하는 변압기 간의 전류 값의 차이로 인한 부정확한 데이터의 측정을 막을 수 있고, 집전장치가 1개인 경우 차량 전체의 전류를 측정하여 차량 전체의 입력, 역률 등을 계산 및 활용할 수 있게 된다.

아울러, 이와 같이 측정된 전자파장애(EMI)는 가선으로 유입되는 차량 전체 의 값이므로 차량 추진장치의 제어 알고리즘의 변경 또는 변전소에서 전자파를 제거하기 위한 노력에 도움을 줄 수 있게 된다.

Claims

철도차량에 있어서,

상기 철도차량에 전원을 공급하는 가선으로 부터 전원을 공급받는 동도체가 관통되고 상기 동도체를 통해 대전류가 흐르면 일정비율 이하의 소전류로 변환하여 신호선으로 출력하는 저압용 전류측정장치와;

상기 전류측정장치를 상기 동도체와 전기적으로 절연시키도록 절연유가 채워지는 외함과;

상기 외함과 상기 철도차량 사이에 형성되어 상기 전류측정장치로 부터 대전류의 상기 철도차량으로의 유입을 차단하고, 중앙부에 관통홀을 형성하여 상기 저압용 전류측정장치의 신호선을 상기 관통홀에 통과시키는 절연애관;으로 이루어진 것을 특징으로 하는 저압용 전류측정장치를 이용한 철도차량 대전류 측정 시스템.
삭제
삭제
삭제