KR100219013B1 - 절연 감시 시스템 - Google Patents

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KR100219013B1
KR100219013B1 KR1019950024069A KR19950024069A KR100219013B1 KR 100219013 B1 KR100219013 B1 KR 100219013B1 KR 1019950024069 A KR1019950024069 A KR 1019950024069A KR 19950024069 A KR19950024069 A KR 19950024069A KR 100219013 B1 KR100219013 B1 KR 100219013B1
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다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시
미쓰비시덴키 가부시기가이샤
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Abstract

전원에서 급전되는 피감시 전기 회로의 누설 전류를 운전 정지하지 않고 측정하고 측정한 누설 전류에시 질연 저항을 구하고 절연 악화 상황을 파안해시 절연 진단이 가능한 절연 감시 시스템을 제공한다.
진원에서 급전되는 피감시 전기 회로에 전원 주파수의 단상 교류 전압 또는 직류 전압을 중첩하고 이 계측 전압에 의한 피감시 전기 회로 누설 전류를 검출하고 이 누설 전류에서 피감시 전기 회로의 절연 저항을 구해서 실시간에 표시한다.
피감시 전기 회로를 정지하지 아니하고 절연 저항이 실시간에 감시되고 절연 악화의 상황에서 갱신, 점검의 시기를 간단히 예측할 수가 있다.

Description

절연 감시 시스템
제1도는 본 발명에 의한 절연 감시 시스템에 관한 실시예 1의 구성을 도시하는 구성도.
제2도는 제1도에 도시하는 실시예 1에 사용되는 회로 보호 장치의 내부 구성을 도시하는 블록도.
제3도는 제1도에 도시하는 실시예 1에 사용되는 탐사 전압 중첩 수단의 구성을 도시하는 블록도.
제4도는 제1도에 도시하는 실시예 1의 동작을 설명하기 위한 설명도.
제5도는 본 발명에 의한 절연 감시 시스템에 관한 실시예 3의 구성을 도시하는 구성도.
제6도는 본 발명에 의한 절연 감시 시스템에 관한 실시예 4의 구성을 도시하는 구성도.
제7도는 본 발명에 의한 절연 감시 시스템에 관한 실시예 5의 구성을 도시하는 구성도.
제8도는 제7도에 도시하는 실시예 5에 사용되는 탐사 전압 중첩 수단의 구성을 도시하는 구성도.
제9도는 제7도에 도시하는 실시예 5에 사용되는 회로 보호 장치의 구성을 도시하는 구성도.
제10도는 종래의 절연 감시 시스템의 구성을 도시하는 구성도.
＊ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 고전압 계통 2 : 전원 변압기
3 : 저전압 계통 주회로 4 : 주 개폐기
5 : 접지 저항 6, 16, 71, 76 : 접지 전류 검출 수단
11 : 부하 개폐기 12 : 컨덕터
13 : 부하회로 배선 14 : 부하
15 : 접지 저항 18, 58, 79 :회로 보호 장치
50, 70 : 탐사 전압 중첩 수단 51 : 탐사 동기 신호 발생 수단
52, 53, 72 : 감시 제어 수단 52a :전송모국
52b : 감시 제어 장치 54 : 전송 자국
60 : 신호 전송선 61, 62 : 동기 신호 전송선
78 : 부하회로 보호 장치
[산업상의 이용분야]
본 발명은 전원에서의 급전을 게속한 그대로 회로의 절연 악화 상태를 감시하는 절연 감시 시스템에 관한 것이다.
[종래의 기술]
종래의 절연 감시 시스템은 예를 들자면 제10도에 도시하는 바와 같이 전기회로를 전원에서 잘라내어서 절연 저항을 측정하여 진단하는 방법이 채택되고 있었다. 제10도에 있어서, (1)은 고전압 계통, (2)는 전원 변압기, (3)은 저전압 계통 주회로, (4)는 저전압 계통 주희로(3)의 주 개폐기, (5)는 저전압 계통 주회로(3)의 접지 저항으로, 전원 변압기(2)의 1선에 접지 도체(5a)를 통해 접속되어 있다. (10)은 저전압 계통 주회로(3)에 접속된 제1부하회로, (11)은 이 부하회로(10)의 부하 개폐기, (12)는 부하회로(10)를 개폐 제어하는 컨덕터, (13)은 부하배선, (14)는 예를 들자면 전동기 등의 부하, (15)는 부하회로(10)의 접지 저항으로, 부하회로의 1선에 접지 도체(15a)를 통해 접속되어 있다. (16)은 부하회로(10)의 접지 전류를 검출하는 예를 들자면 영상(零相) 변류기로 구성되는 접지 전류 검출 수단, (8)은 전동기 등의 부하(14)를 보호하는 회로 보호 장치이다. (20)은 저전압 계통 주회로(3)에 접속된 제2부하회로, (30)은 제3부하회로로서, 상기 제1부하회로(10)와 마찬가지로 구성되어 있다.
전기 회로의 저전압 게통의 절연 악화 진단을 하는 경우, 저진압 계통 주회로(3)와, 부하(14)를 포함하는 부하 배선(13)을 구별해서 절연 저항을 측정할 필요가 있다. 먼저 부하회로 배선(13)의 절연 악화를 진단하는 경우는, 주 개폐기(4), 부하 개폐기(11) 및 부하회로(10)의 컨덕터(12)를 개방하고, 저전압 계통 주회로(3)와 부하회로 배선(13)을 분리한다. 그래서 분리된 부하회로 배선(13)의 3상을 일괄해서 절연 저항계(91)에 의해 대지와의 사이의 절연 저항을 측정하여 절연 악화의 진단을 한다. 제2부하회로(20), 제3부하회로(30)에 대해서도 마찬가지로 절연 저항을 측정하여 절연 악화가 진단된다.
다음에 저전압 계통 주회로(3)의 절연 악화를 진단하는 경우는, 부하회로(10,20,30)의 각 부하회로 개폐기(11)를 닫고, 저 전압 계통 주회로(3)의 3상을 일괄해서 절연 저항계(92)에 의해 대지와의 사이에서 절연 저항을 측정하고 절연 악화의 진단을 한다.
[발명이 해결하고자 하는 과제]
종래의 절연 감시 시스템은 상기와 같이 각 개폐기를 개방해서 피감시 회로 계통에서 분리한 후 절연 저항을 측정하는 것이기 때문에, 많은 노력과 경험을 필요로 하고, 덧붙여서 측정 후의 배선의 착오가 생길 가능성도 있다. 또, 연속 운전 플랜트 등에 있어서는 플랜트를 멈출 수가 없고, 1∼2년마다의 정기검사를 기다릴 수 밖에 없으므로 장기간 절연 악화 진단이 불가능하다는 문제도 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 피감시 회로를 정지시키는 일없이, 상기 절연 저항을 측정하고, 절연 악화 상황을 실시간으로 파악하는 절연 악화 진단이 행해지는 절연 감시 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명의 청구범위 제1항에 관한 절연 감시 시스템은, 전원에서 급전되는 피감시 회로에 접지 수단을 통해 전원 주파수와 다른 주파수의 탐사 전압을 중첩하는 탐사 전압 중첩 수단과, 탐사 전압에 동기하면서 동일 주기를 갖는 탐사 동기 신호를 생성하는 탐사 동기 신호 발생 수단과, 피감시 회로에 흐르는 접지 회로 전류를 검출하는 접지 전류 검출 수단과, 접지 회로 전류에서 탐사 전압과 동일한 주파수 성분을 추출하여 획득되는 탐사 전압에 대응하는 전류에서 탐사 동기 신호를 사용하여 동기 검파하여 접지 회로 전류의 탐사 전압과 동일 위상의 탐사 전류 유효 성분을 검출하는 탐사 전류 검출 수단과, 이 탐사 전류 유효 성분올 적분하고 디지털 형식 의 검출 신호로 변환하는 연산 수단과, 검출 신호에 기초하여 피감시 회로의 절연 저항을 구해서 피감시 전기 회로의 절연 악화 상황을 감시하고 제어하는 감시 제어 수단으로 이루어진다.
본 발명의 청구범위 제2항에 관한 절연 감시 시스템은, 전원에서 급전되는 피감시 회로에 접지 수단을 통해 전원 주파수와는 각각 다른 2 종류 주파수의 탐사 전압을 중첩하는 탐사 전압 중첩 수단과, 피감시 회로에 흐르는 접지 회로 전류를 검출하는 접지 회로 전류 검출 수단과, 이 접지 회로 전류 검출 수단이 검출한 접지 회로 전류에서 탐사 전압과 동일한 주파수 성분을 각각 검출하고, 이 각 탐사 전압에 대응하는 탐사 전류 정전 용량에 흐르는 전류의 주파수 의존성을 사용하여 각 탐사 전압과 동일 위상의 탐사 전류 유효 성분을 연산하여 구하는 탐사 전류 유효 성분 검출 수단과, 탐사 전류 유효 성분올 적분하여 디지털 형식 의 검출 신호로 변환하는 연산 수단과, 검출 신호에 기초하여 상기 피감시 회로의 절연 저항을 구하여 피감시 회로를 감시하고 제어하는 감시 제어 수단으로 이루어진다.
[작용]
본 발명의 청구범위 제1항에 관한 절연 감시 시스템은, 상기와 같이 구성하였으므로, 정확한 검출 신호가 감시 제어 수단에 전송되고, 실시간으로 피감시 회로의 절연 악화 상황을 감시할 수 있다.
본 발명의 청구범위 제2항에 관한 절연 감시 시스템은, 상기와 같이 구성하였으므로, 탐사 전압에 동기한 신호에 의한 동기 검파를 하는 일없이 탐사 전류 유효 성분이 검출되고, 간단한 연산에 의해 절연 저항을 구할 수 있다.
[실시예]
다음에 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.
[실시예 1]
제1도는 본 발명의 한 실시예를 도시하는 구성도이다. 제1도에 있어서, 1∼5, 5a, 10∼15, 15a, 16, 20, 30는 제10도에 도시하는 종래예와 동일 또는 동일 기능을 갖춘 것이므로 설명은 생략한다. (6)은 부하회로(10,20,30)가 접속된 저전압 계통 주회로(3)에 설치된 접지 전류를 검출하는 예를 들자면 영상 변류기로 구성되는 접지 전류 검출 수단, (18)은 제1부하회로(10)를 보호하는 회로 보호 장치로서, 상세한 것은 제2도에 도시한다. (50)은 전원 주파수와 다른 소정 주파수(이하, 탐사 주파수라 칭함)에서 단상 교류의 절연 저항 계측용 전압(이하, 탐사 전압이라 칭함)을 중첩하는 탐사 전압 증첩 수단, (51)은 상세한 것을 제3도에 도시하는 탐사 전압에 동기하면서 동일 주기를 갖는 탐사 동기 신호를 생성하는 탐사 등기 신호 발생 수단, (52)는 감시 제어 수단, (58)은 접지 전류 검출 수단(6)에 접속된, 회로 보호 장치(18)와 동일하게 구성된 회로 보호 장치이다. 또, 이하의 설명에서는 절연 저항이나 대지 용량을 통해 접지 회로에 흐르는 전류를 접지 회로 전류라 칭한다.
탐사 전압 중첩 수단(50)은, 전원 변압기(2)의 접지도체(5a)에 직렬로 접속되고, 탐사 전압 Va을 생성하여, 저전압 계통 주회로(3), 부하회로(10,20,30)로 구성되는 피감시 회로에 전원 전압에 중첩하여 인가한다. 탐사 등기 신호 발생 수단(51)은 탐사 전압 주파수의 성분을 추출하는 필터 수단(51a)과, 탐사 전압 Va와 등기하면서 동일 주기를 갖는 탐사 동기 신호 Igrs를 출력하는 제로 크로스 비교기(51b)에 의해 구성된다.
탐사 전압 중첩 수단(50)은, 접지 회로에 CT, PT 등의 한쪽 권선을 직렬로 접속해서 다른쪽 권선에서 탐사 전압 Va를 가하는 방법, 접지 저항에 콘덴서를 통해 전류를 흘려서 탐사 전압을 중첩하는 등의 방법으로 실현될 수 있다.
회로 보호 장치(18)는, 제2도에 도시하는 바와 같이, 접지 전류 검출 수단(16)이 검출한 탐사 전압 Va에 대응하는 탐사 전류를 포함하는 접지 회로 전류 Ig1에서 탐사 주파수의 성분을 추출하여 탐사 전류 Ig1a를 검출하는 필터 수단(18a)과, 동기 신호 전송선(61)을 통해 수신한 탐사 동기 신호 Igrs에 의해 탐사 전류 Ig1a를 동기 검파하여 탐사 전류 Ig1a 중 탐사 전압 Va와 동상의 탐사 전류 유효 성분 Igr1을 검출하는 동기 검파 수단(18b)과, 탐사 전류 유효 성분 Igr1을 적분해서 탐사 전류 유효 성분 Igr1에 비례한 직류의 절연 저항 계측 신호로 변환하는 적분수단(18c)과, 절연 저항 계측 신호를 디지털 형식 의 신호(이하, 간단히 검출 신호로 칭함)로 변환함과 동시에, 이것을 미리 설정된 경보 한계치 및 트립 한계치와 비교하고, 경보 한계치를 초과하였을 때에는 경보 표시 수단(18f)에 의해 경보 신호를 출력시키고, 트립 한계치를 초과하였을 때에는 트립 신호를 입출력 수단(18g)에 출력하는 연산 수단(18d)과, 검출 신호를 전송선(60)을 통해 감시 제어 수단(52)에 출력하는 전송자국(18e)으로 구성되어 있다.
경보 표시 수단(18f)에는 형광표시관, EL, CRT 등과 같이 발광에 의해 표시하는 것이나, 부저, 스피커 등의 경보음을 내는 것을 사용하는 것이 해당된다.
감시 제어 수단(52)은, 피감시 회로에서 떨어진 곳에 위치하는 전기실 등에 설치하고, 회로 보호 장치(18)로부터의 검출 신호를 전송선(60)을 통해서 수신하는 전송모국(52a)과, 검출 신호를 기억함과 동시에 표시하는 기능과 절연 저항 특성을 출력하는 기능을 구비한 감시 제어 장치(52b)로 이루어져 있다.
다음에 제4도에 따라서 동작에 대해 설명한다. 전원 변압기(2)의 접지선(5a)에 직렬로 접속된 탐사 전압 중첩 수단(50)에서, 탐사 전압 Va이 중접되고, 피감시 회로에는 3상 각 선에 3상의 전원 전압에 탐사 전압 Va을 중첩한 전압이 인가된다. 피감시 회로에는, 전원의 3상 전압에 대웅하는 전류와 탐사 전압 Va에 대응하는 전류가 중첩되어 흐른다. 이 3상 전압에 대응하는 전류는 부하 전류와 3상 전압에 대응하는 접지 회로 전류로 구성된다. 접지 전류 검출 수단(16)에 의해 검출될 수 있는 것은 이 3상 전압에 대응하는 접지 회로 전류와 탐사 전류이다. 피감시 회로의 절연 악화 상황을 표시하는 3상 일괄한 절연 저항 Rg1은, 탐사 전압 Va와 동상의 탐사 전류 유효 성분 Igr1으로부터, Rg1 = Va/Igr1으로서 구할 수 있다. 접지 전류 검출 수단(16)이 검출한 접지 회로 전류로부터 필터 수단(18a)에서 탐사 전류를 추출하고, 전원 주파수 성분 및 피감시 회로에서 발생하는 노이즈 성분을 제거함으로써, 탐사 전류 Igla가 얻어진다. 말할 필요도 없이, 이 탐사 전류 Ig1a는 제1부하회로(10)의 대지 정전 용량을 통해 흐르는 탐사 전압 Va와 90도의 위상차를 갖는 충전 전류 성분 Igc1와 절연 저항을 통해 흐르는 탐사 전압 Va와 동상의 유효 성분 Igr1과의 합이 되지만, 이 탐사 전류 Igla를 탐사 동기 신호 Igrs에 기초하여 동기 검파함으로써, 탐사 전류 유효 성분 Igr1이 구해진다.
탐사 동기 신호 Igrs는 탐사 전압 Va을 제로크로스 비교기(51b)(제3도 참조)에 의해 방형파로 변환하는 것에 의해 생성된다. 이 탐사 전압 동기 신호 Igrs에 의해 탐사 전류 Ig1a를 동기 검파함으로써 정확도 높은 탐사 전류 유효 성분 Igr1이 획득된다.
탐사 전류 유효 성분 Igr1을 적분 수단(18c)에 의해 적분하고, 연산 수단(18d)에서 A/D변환해서 탐사 전류 유효 성분 Igr1에 비례한 디지털 형식 의 검출 신호로 변환하고, 이 검출 신호를 전송자국(18e)에서 전송선(60)을 통해서 감시 제어 수단(52)에 전송함과 동시에, 미리 설정하고 있는 값과 비교하고, 이 값을 초과하면 경보 표시 수단(18f)에 의해 경보 표시한다. 또 검출 신호가, 예를 들자면 부하(14)의 운전이 불가능한 설정치를 초과하면, 입출력 수단(18g)을 통해 컨덕터(12)의 개방제어를 행한다.
감시 제어 수단(52)은, 검출 신호에서 절연 저항을 구하고, 측정 때마다 기억함과 동시에 표시하는 것이고, 절연 악화 상황을 실시간에 감시할 수 있다. 또 기억 데이터에서 절연 저항 특성을 출력할 수도 있다. 또한 이상의 설명은 제1부하회로(10)의 진단에 대해서 행한 것이지만, 제2부하회로(20), 제3부하회로(30)에 대해서도 동일하게 진단할 수 있는 것은 상기 설명으로부터 명백할 것이다. 또한 상기 설명은 부하회로(10,20,30)의 진단에 대해서 기술하였으나, 저전압 계통 주회로(3)를 포함하는 회로 전체를 일괄해서 진단하는 경우는 회로 보호 장치(18)와 동일 구성을 갖는 회로 보호 장치(58)를 사용하여 마찬가지로 행할 수 있다.
이와 같이 구성된 절연 감시 시스템은, 피감시 회로의 탐사 전류를 탐사 동기 신호에 기초하여 동기 검파하고, 적분 회로 및 연산 수단에서 디지털 형식 의 검출 신호로 변환하여, 상시 감시 제어 수단(52)에 입력시키고, 더욱이 감시 제어 수단(52)을 현장인 피감시 회로에서 떨어진 전기실에 실치하고 있으므로, 광범위한 피감시 회로를 전기실에서 집중적으로, 더욱이 실시간에 부하회로의 절연 저항이 감시될 수 있는 것이고, 정기적으로 부하회로의 절연 저항 특성을 출력하여 이후의 특성을 용이하게 추정할 수 있다. 또, 검출 신호는 디지털 형식 으로 전송되므로, 전송에 의한 감쇠의 영향이 없이 정확한 감시가 가능한 이점이 있다.
그런데 상기 구성에 있어서는 설명의 편의상, 탐사 동기 신호 발생 수단(51)을 회로 보호 장치(18)와는 별도로 설치하는 것으로 하고 있으나, 탐사 동기 신호 발생 수단(51)을 회로 보호 장치(18) 내에 내장시켜도 동일하게 동작시킬 수 있다.
또 상기 구성에서는 탐사 주파수를 전원 전압의 주파수와 다른 주파수로 하였으나, 일반적으로 부하회로에는 전원 주파수보다 높은 주파수의 노이즈 전압이 많이 발생하므로, 탐사 주파수를 전원 주파수보다 높게 설정하면 노이즈 전압을 완전히 제거하는 것이 곤란해진다. 이 때문에, 탐사 주파수를 전원 주파수보다 낮게 선정함으로써 노이즈 전압의 제거가 용이해져 절연 저항의 검출 정도가 보다 높아진다.
상기와 같이 탐사 주파수는 전원 주파수보다 낮게 하는 것이 바람직하지만, 접지 전류 검출 수단(6,16)으로서 영상 변류기가 사용되는 경우는, 영상 변류기의 감도가 내려가지 않는 정도의 주파수인 것, 또 탐사 전압 중첩 수단(50)에 CT를 사용하는 경우는, 주파수가 낮을수록 CT를 크게 하지 않으면 안 되는 등의 조건이 생기므로, 탐사 주파수는 10∼30Hz 정도가 가장 바람직하다. 그러나, 이 주파수 범위 이외에서도 본 발명을 실시할 수 있다는 것은 말할 필요도 없다.
상기 구성에서는 전원 변압기의 부하측 권선은 삼각 결선의 한 선을 접지하는 경우에 대해서 설명하였으나, 부하측 권선이 성형(星形) 결선인 때는 중성점에 접속된 접지선에 탐사 전압 중첩 수단을 부가함으로써 동일하게 동작시킬 수 있다.
또한, 상기 설명에서는 피감시 회로가 접지 계통인 경우를 예시하였으나, 비접지 계통이라도 탐사 전압을 GPT(갭 부착 전압 변성기)등에 의해 중첩시켜도 마찬가지로 진단할 수 있다.
[실시예 2]
실시예 1에서는 탐사 주파수를 전원 주파수와 다른 소정 주파수로 하고, 바람직하기로는 전원 전압의 주파수보다 낮게 실정함으로써 탐사 전류의 검출 정확도를 높일 수 있는 예를 표시하였다. 그러나, 부하회로에 인버터에 의해 주파수 제어하는 전동기 등을 포함하는 경우, 인버터에 의한 주파수 제어의 범위는 1Hz 이하에서 100Hz 전후에도 미치므로, 탐사 전압의 주파수를 전원 주파수보다 낮은 값으로 선택하면, 부하회로의 노이즈 전압의 주파수와 일치하는 경우가 생겨 탐사 주파수만을 검출하는 것이 곤란해지므로, 탐사 주파수를 전원 주파수보다 높게 할 필요가 있다.
한편, 인버터는 주파수가 60OHz∼1OKHz 정도의 캐리어를 사용하는 것이 많고, 또 캐리어에는 그 고주파 성분도 많이 포함되므로, 탐사 주파수의 상한을 캐리어 주파수의 하한 이하로 할 필요가 있다. 또 접지 전류 검출 수단인 영상 변류기의 검출 감도의 특성 때문에 500Hz 이상은 바람직하지 않다. 따라서 인버터에 의해 주파수 제어되는 부하를 포함하는 피감시 회로에서는 탐사 주파수를 150∼500Hz 범위의 소정 주파수로 하는 것이 바람직하고, 특히 200Hz 전후로 하는 것이 가장 바람직하다. 이 주파수를 선택하면 인버터 제어의 부하회로에 있어서도 탐사 전류의 검출 정확도를 확보할 수 있다. 회로의 구성은 제1도에 도시하는 실시예 1의 경우와 같은 구성으로도 된다.
[실시예 3]
실시예 1 및 실시예 2에서는, 상시 탐사 전압 Va을 전원 전압에 중첩하는 구성에 대해 설명했으나, 절연 저항의 상시 감시는 필수적인 것이 아니며, 일정 시간마다 계측하면 좋다는 것은 잘 알려져 있다. 실시예 3은 절연 저항을 계측할 때에만 탐사 전압 중첩 수단(50) 및 회로 보호 장치(18)를 동작시키도록 한 것으로서, 그 구성도를 제5도에 도시한다.
제5도에 있어서, (53)은 감시 제어 수단으로서, 제1도의 감시 제어 장치(52b)에 탐사 전압 중첩 수단(50) 및 회로 보호 장치(18)에 대한 동작 지령 신호를 출력하는 기능을 추가한 감시 제어 장치(53b)와, 이 동작 지령 신호 및 검출 신호를 송수신하는 전송모국(53a)에 의해 구성된다. (54)는 탐사 전압 중첩 수단(50)에 대한 동작 지령 신호를 수신하고, 탐사 동기 신호 Igrs를 송신하는 전송자국, (62)는 상기 동작 지령 신호 및 검출 신호를 전송하기 위한 신호 전송선이다. 이 실시예에서는 등작 지령 및 검출 신호가 전송선(62)에 의해 전송되므로, 신호 발신 위치에서 수신 위치까지의 거리에 의해 시간차가 생기지만, 이것에 대해서는, 발신 또는 수신측에서 동작시각의 조절을 행함으로써 대응할 수 있다.
이와 같이 구성하면, 철연 감시 시스템으로시, 감시 제어 수단(53)에서의 동작 지령에 의해 일정 시간마다 접지 회로 전류를 계측하여 검출 신호를 구하므로, 시스템으로서 효율적으로 동작시키는 것이 가능하다.
[실신예 4]
상기 실시예 1 및 실시예 2에서는 한 종류의 탐사 주파수만을 사용했지만, 이 실시예 4는 전압이 동일하고 서로 다른 2종류의 탐사 주파수 f1, f2를 갖는 탐사 전압을 사용하고, 각각의 탐사 주파수에 대웅하는 접지 회로 전류를 검출하고, 이 2개의 접지 전류에서 탐사 전류 유효 성분 Igr1을 연산하여 구하는 구성의 실시예이다.
제6도는, 2종류의 탐사 주파수 fl, f2를 사용하고, 탐사 전류 유효 성분 Igr1을 검출하는 제4실시예의 구성도 이다. 1∼5, 5a, 6, 10∼15, 15a, 20, 30, 50은 실시예 1의 제1도와 동일하므로 설명은 생략한다. (19,59)는 2종류의 탐사 주파수 f1, f2에 대해 탐사 전류 유효 성분 Igr1을 연산에 의해 구하는 탐사 전류 검출 수단을 구비한 회로 보호 장치이다. (53)은 감시 제어 수단으로, 전송모국(53a)과, 검출 신호를 기억함과 동시에 표시하는 기능과 절연 악화 특성을 검출하는 기능을 구비하고, 탐사 전압 중첩 수단(50) 및 회로 보호 장치(19,59)내의 탐사 전류 검출 수단에 동작 지령 신호를 출력하는 기능도 구비한 감시 제어 장치(53b)에 의해 구성되어 있다. (54)는 신호 전송선(62)을 통해 감시 제어 수단(53)에서의 동작지령 신호를 수신하는 전송자국이다.
다음에 동작에 대해 실명한다.
피감시 회로의 절연 저항을 R, 대지 정전 용량을 C, 탐사 전압을 Va로 하고, 주파수 f1일때의 탐사 전류를 Ig10, 주파수 f2일때의 탐사 전류를 Ig20으로 하면, Igl0 및 Ig20은(식 1), (식 2)로 구해진다.
Igl0=Va/R+j2πf1CVa ...(식 1)
Ig20=Va/R+j2πf2CVa ...(식 2)
Va/R=Igr1으로 주파수에 관계하지 않는다.
2πf1CVa=Igc1,2πf2CVa=Igc2 로서, (식 1), (식 2)를 절대치로 표시하면(식 3), (식 4)와 같이 된다.
(Igl0)2=(Igr1)2+(Igc1)2...(식 3)
(Ig20)2=(Igr1)2+(Igc2)2...(식 4)
(식 3), (식 4)에서(식 5)의 관계가 얻어진다.
(Igr1)2=(Igl0)2-(Igc1)2
( I gr 1)2=( I g20)2-( I gc2 )2
(Igl0)2-(Igc1)2=(Ig20)2-(Igc2)2...(식 5)
주파수 fl, f2에 대응하는 탐사 전압 Va 가 같을 때의 피감시 회로의 대지 정전용량 C에 흐르는 전류의 관계는 다음의(식 6)의 관계이다.
Igc1=Igc2(f1/f2) ...(식 6)
(식 6)의 관계를(식 5)에 대입하여 정리하면(식 7)이 얻어진다.
(Ig20)2-(Ig10)2=(Igc2)2{1-(f1/f2)2}
(Igc2)2={(Ig20)2-(Ig10)각/{1-(f1/f2)2} ...(식 7)
(식 7)을(식 4)에 대입하여 정리하면(식 8)이 얻어진다.
(Igrl)2={(Ig10)2_(Ig20)2(f1/f2)2}/{1-(f1/f2)2}
Igr1=[{Ig10-Ig20(f1/f2)가/{1-(f1/f2)2}]0.5...(식 8)
(식 8)의 관계에서 탐사 전류 유효 성분 Igr1을 구할 수가 있다.
이 주파수가 다른 2종류의 탐사 전압을 사용하여 탐사 전류 유효 성분 Igrl을 검출하는 본 실시예에 의하면, 실시예 1의 회로 구성에 비교해서, 탐사 동기 신호 발생 수단(51) 및 동기 검파 수단(18b)이 불필요하고 회로 구성이 간단해진다.
이 구성에 있어서도, 실시예 3과 같이, 탐사 전압 중첩 수단(50) 및 회로 보호 장치(19,59)내의 탐사 전류 검출 수단을 탐사 전류 측정시에만 동작시키도록 구성하면 절연 감시 시스템으로서 효율적으로 운용될 수 있다.
[실시예 5]
제7도는 탐사 전압으로서 직류 전압을 사용하는 경우의 실시예이다. 제7도에 있어서 1∼4, 10∼15, 15a, 20, 30은 실시예 1과 동일하고 설명은 생략한다. (70)은 직류의 탐사 전압 Vd을 중첩하는 탐사 전압 증첩 수단이고, 제8도에 도시하는 바와 같이 접지도체(75)에 직렬로 접속된 저항체(70a)의 양단에 직류 전압 Vd을 가해서 피감시 회로에 직류전압을 중첩하는 것이다. (71)은 부하회로(10)에 설치된 탐사 전류 검출 수단이고, 교류, 직류가 중첩한 전류를 검출하는 것이고, 구체적으로는 DCCT, 홀 CT 등에 의해 구성된다. (72)는 감시 제어 수단이고, 전송모국(72a)과 감시 제어 장치(72b)로 구성되어 있다. (73)은 감시 제어 수단(72)에서 보내지는 탐사 전압 중첩 수단(70)에 대한 동작 지령신호를 수신하는 전송자국이다. (78)은 제9도에 상세하게 도시하는 회로 보호장치이고, 탐사 전류 검출 수단(71)이 검출한 탐사 전류에서 불필요한 신호를 제거하여 직류 탐사 전류를 검출하는 필터 수단(78a)과, 이 직류 탐사 전류를 디지털 형식 의 검출 신호로 변환하고, 미리 설정된 경보 한계치 및 트립 한계치와 비교하여, 경보 한계치를 넘었을 때에는 경보 신호를 경보 표시 수단(78f)에 출력하고, 트립 한계치를 넘었을 때에는 트립 제어 신호를 입출력 수단(78g)에 출력하는 연산 수단(78d)과, 검출 신호를 상기 감시 제어 수단(72)에 출력하는 전송 자국(78e)으로 구성된다. (76)은 저전압 계통 주회로(3)에 설치된 탐사 전류 검출 수단으로서, 상기 탐사 전류 검출 수단(71)과 동일 구성이며, 또 (79)는 저전압 계통 주회로(3)에 설치된 회로 보호 장치로서, 상기 회로 보호 장치(78)와 동일 구성이다.
또한 제7도에서는 탐사 전류 검출 수단(71) 및 회로 보호 장치(78)를 부하회로(10)에 설치한 경우를 도시하였으나, 다른 부하회로(20, 30)에도 설치함으로써 각 부하회로 마다 절연 악화 상황을 집중해서 감시할 수가 있는 것은 말할 나위도 없고, 또 저전압 계통 주회로(3)에 설치한 탐사 전류 검출 수단(76) 및 회로 보호 장치(79)를 사용하면 각 부하 회로를 포함하는 회로 전체를 일괄해서 감시할 수 있다.
이 실시예와 같이 탐사 전압을 직류로 하면, 피감시 회로의 정전 용량에 관계가 없어지고, 탐사 전압에 의한 전류는 직류 탐사 전류뿐이므로 전류 검출 수단이 간단해지는 이점이 있다.
[실시예 6]
상기 각 실시예에 있어서는 실시간에 탐사 전류를 계측, 연산ㅎ여 절연 감시를 하는 것으로 하였으나, 일반적으로 전기회로의 절연 저항치는 장기적으로는 서서히 저하되어 가지만 단기적으로 보면 드리프트 특성을 갖고 있다. 거기에서 탐사 전류 검출 수단에 평균화 처리기능을 부가하고, 접지 전류 데이터를 일정시간 갖고 평균화 처리를 함으로써 검출 정확도를 한층 더 향상시킬 수가 있다. 평균화의 시간은 피감시 회로의 구성, 환경, 부하의 종류 등의 조건을 고려한 적당한 값을 설정하면 된다.
[실시예 7]
또 상기 각 실시예에 있어서, 감시 제어 수단(52,53,72)에 그래프화 처리 기능을 부가하고, 탐사 전류 검출 수단에서 수시 전송되어 오는 절연 감시용 데이터인 접지 회로 전류를 그래프화함으로써, 절연악화의 진행상황을 정확하게 파악할 수 있다. 또한, 그래프의 시간축을 바꾸어서 표시하는 신호 처리기능을 갖도록 함으로써 절연악화의 원인이 특정될 수 있다. 그 방법으로서는 악화의 원인으로서 예를 들자면 물의 침입, 자연악화, 돌연사고 등이 고려되나, 미리 기억되어 있는 이들 악화 원인 각각의 악화 곡선을 기초로, 어느 악화 패턴에 해당하는지를 유추하면 된다. 또 악화 부위의 특정에 대해서도 미리 특정 부위에 악화 패턴을 기억시켜 두면 특정부위를 유추할 수 있다. 더욱이, 그들의 결과를 인자 출력함으로써 절연악화에 의한 부품 갱신 시에, 다시 어느 부위인지를 진단할 필요가 없어져 노력을 소멸할 수가 있다.
[실시예 8]
또한, 상기 각 실시예에 있어서는, 탐사 전류 유효 성분에 의해 절연 악화 상황을 진단하는 것으로 하고 있으나, 탐사 전류 무효성분올 도출하여 이 데이터를 탐사 전류 유효 성분과 합쳐서 그래프화함으로써, 더욱 높은 정확도로 절연악화 경향이 파악될 수 있고, 악화원인의 유추, 악화부위의 특정을 할 수가 있다.
[발명의 효과]
본 발명의 청구범위 제1항에 관한 절연 감시 시스템은, 전원에서 급전되는 피감시 회로에 접지 수단을 통해 전원 주파수와 다른 주파수의 탐사 전압을 중첩하는 탐사 전압 중첩 수단과, 탐사 전압에 동기하면서 동일 주기를 갖는 탐사 동기 신호를 생성하는 탐사 동기 신호 발생 수단과, 피감시 회로에 흐르는 접지 회로 전류를 검출하는 접지 전류 검출 수단과, 접지 회로 전류에서 탐사 전압과 동일한 주파수 성분을 추출하여 휙득되는 탐사 전압에 대응하는 전류에서 탐사 동기 신호를 사용하여 동기 검파하여 접지 회로 전류의 탐사 전압과 동일 위상의 탐사 전류 유효 성분을 검출하는 탐사 전류 검출 수단과, 이 탐사 전류 유효 성분을 적분하고 디지털 형식의 검출 신호로 변환하는 연산 수단과, 검출 신호에 기초하여 피감시 회로의 절연 저항을 구해서 피감시 전기 회로의 절연 악화 상황을 감시하고 제어하는 감시 제어 수단으로 이루어져 있으므로, 피감시 회로의 활선(活線) 상태의 검출 전류 또는 절연 저항이 실시간으로 감시될 수 있고, 절연 악화 상황으로부터 점검, 갱신의 시기를 간단히 예측할 수 있다.
본 발명의 청구범위 제2항에 관한 절연 감시 시스템은, 전원에서 급전되는 피감시 회로에 접지 수단을 통해 전원 주파수와는 각각 다른 2 종류 주파수의 탐사 전압을 중첩하는 탐사 전압 중첩 수단과, 피감시 회로에 흐르는 접지 회로 전류를 검출하는 접지 회로 전류 검출 수단과, 이 접지 회로 전류 검출 수단이 검출한 접지 회로 전류에서 탐사 전압과 동일한 주파수 성분을 각각 검출하고, 이 각 탐사 전압에 대응하는 탐사 전류 정전 용량에 흐르는 전류의 주파수 의존성을 사용하여 각 탐사 전압과 동일 위상의 탐사 전류 유효 성분을 연산하여 구하는 탐사 전류 유효 성분 검출 수단과, 탐사 전류 유효 성분을 적분하여 디지털 형식 의 검출 신호로 변환하는 연산 수단과, 검출 신호에 기초하여 상기 피감시 회로의 절연 저항을 구하여 피감시 회로를 감시하고 제어하는 감시 제어 수단으로 이루어져 있으므로, 탐사 전류 유효 성분의 검출이 간단한 절연 감시 시스템이 얻어지고, 또한 정확한 탐사전류 또는 절연 저항이 실시간에 감시될 수 있고, 절연 악화 상황으로부터 점검, 갱신 시기를 간단히 예측할 수 있다.

Claims (2)

  1. 전원에서 급전되는 피감시 회로에 접지 수단을 통해 전원 주파수와 다른 주파수의 탐사 전압을 중첩하는 탐사 전압 중첩 수단(50)과, 상기 탐사 전압에 동기하면서 동일 주기를 갖는 탐사 동기 신호를 생성하는 탐사 동기 신호 발생 수단(51)과, 상기 피감시 회로에 흐르는 접지 회로 전류를 검출하는 접지 전류 검출 수단(6,16)과, 상기 접지 회로 전류에서 상기 탐사 전압과 동일한 주파수 성분을 추출하여 획득되는 상기 탐사 전압에 대응하는 전류에서 상기 탐사 동기 신호를 사용하여 동기 검파하고 상기 접지 회로 전류의 상기 탐사 전압과 동일 위상의 탐사 전류 유효 성분을 검출하는 탐사 전류 검출 수단(18a, 18b)과, 상기 탐사 전류 유효 성분을 적분하고, 디지털 형식 의 검출 신호로 변환하는 연산 수단(18c, 18d)과, 상기 검출 신호에 기초하여 상기 피감시 회로를 감시, 제어하는 감시 제어 수단(52)을 포함하는 절연 감시 시스템.
  2. 전원에서 급전되는 피감시 회로에 접지 수단을 통해 전원 주파수와는 각각 다른 2 종류 주파수의 탐사 전압을 중첩하는 탐사 전압 중첩 수단(50)과, 상기 피감시 회로에 흐르는 접지 회로 전류를 검출하는 접지 회로 전류 검출 수단(6,16)과, 상기 접지 회로 전류 검출 수단이 검출한 접지 회로 전류에서 상기 탐사 전압과 동일한 주파수 성분을 각각 검출하고, 상기 각 탐사 전압에 대응하는 탐사 전류 정전 용량에 흐르는 전류의 주파수 의존성을 사용하여 각 탐사 전압과 동일 위상의 탐사 전류 유효 성분을 연산하여 구하는 탐사 전류 유효 성분 검출 수단(18a)과, 상기 탐사 전류 유효 성분을 적분하여 디지털 형식 의 검출 신호로 변환하는 연산 수단(18c,18d)과, 상기 검출 신호에 기초하여 상기 피감시 회로를 감시, 제어하는 감시 제어 수단(53)을 포함하는 절연 감시 시스템.
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