KR100356578B1 - 발전기 회전자 접지검출기 검사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발전기 회전자 접지검출기의 성능을 시험하기 위한 검사장치에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 컴퓨터 시스템의 제어에 의해, 계자전압과 동일한 임의의 직류전압을 발생시켜 접지검출기에 인가하는 가변 직류전압 공급부와; 이 가변 직류전압 공급부의 출력단에 병렬로 결합된 계자용 가변저항과; 컴퓨터 시스템의 제어에 의해, 계자용 가변저항의 저항값을 조절하는 제1 제어수단과; 계자용 가변저항의 저항 가변단자와 접지 사이에 연결된 접지설정용 가변저항과; 컴퓨터 시스템의 제어에 의해, 접지설정용 가변저항의 저항값을 조절하는 제2 제어수단과; 가변 직류전압 공급부와 제1 및 제2 제어수단의 동작을 제어하며, 접지검출기의 동작 및 동작 상태에 관계된 데이터를 취득/분석하여 이를 저장 및 출력하는 컴퓨터 시스템을 포함하여 이루어지며,

이에 따라, 접지검출기에 실제 발전기 운전 상태와 동일한 가상의 접지환경을 인가하여, 이 때 나타나는 접지검출기의 동작 및 동작 상태에 관계된 데이터를, 컴퓨터 시스템을 이용하여, 취득/분석하므로써 접지검출기의 세밀한 동작특성 분석이 가능하며, 접지사고 발생시에는 이를 이용하여 접지 Position을 정확히 예측하여 사후의 신속한 조치를 가능케 하는 효과가 있다.

Description

발전기 회전자 접지검출기 검사장치{Test Device for Gen. Field Ground Detector}

본 발명은 발전기 회전자 접지검출기의 검사장치에 관한 것으로 특히, 발전기 회전자 권선의 절연 상태를 체크하는 접지검출기에 실제 발전기 운전 상태와 같은 계자전압을 인가하여 회전자 접지검출기를 동작시키고, 이 때 나타나는 접지검출기의 동작 및 동작 상태에 관계된 데이터를 취득/분석하여 접지검출기가 동작하는 접지 위치를 정확히 검출할 수 있는 검사장치에 관한 것이다.

일반적으로, 발전기는 고정자와 회전자로 구성되어 있고 여자기에서 직류전압을 공급받는 회전자 코일은 발전기의 계자로서의 역할을 수행한다. 이 때 회전자 코일과 프레임은 절연체로 격리되어 충분한 절연저항 값을 유지해야만 발전기 출력의 특성을 원만하게 유지할 수 있으며 회전자의 기계적 특성 및 수명을 연장할 수 있다.

이 절연상태를 체크하기 위해 대부분의 발전기에는 접지검출기가 설치되어 있고 이 장치에 의해 회전자 코일의 접지 여부를 수시 또는 정기적으로 점검하여 운전원에게 경보하거나 발전기를 비상 정지하도록 동작한다.

도1은 이러한 접지검출기의 동작을 설명하기 위해 도시한 등가 회로도이다.

발전기 회전자의 접지검출기(3)는 일반적으로 접지계전기를 이용하여 회전자 계자코일(1)이 프레임과 단락되어 접지가 발생하는지의 여부를 체크하도록 이루어진다.

발전기의 회전자는 계자코일(1)에 직류 계자전압(VDC)이 인가되면 회전운동을 하게되며, 만약 도1에 도시한 바와 같이, 회전자 계자코일(1)의 P1지점에서 절연불량으로 인한 프레임과의 단락 즉, 접지가 발생하게되면 이 접지로 인하여 형성된 폐회로를 통하여 전류가 흐르게되며, 이 폐회로를 통하여 흐르는 전류가 일정량 이상이 되면 접지계전기가 동작하여 경보를 발생시키거나 발전기 운행을 정지시키도록 동작하게된다.

그러나, 이제까지는 이 접지검출기 자체의 동작특성을 정밀하게 검사할 수 있는 검사장치에 관한 기술이 전무한 상태이며, 도1에 도시한 바와 같이, 고작 접지검출기(3)에 시험용 스위치(SW)를 구비하여 이 스위치(SW)를 이용하여 계자코일(1)의 끝단을 강제 접지시키므로써 단순히 접지검출기(3)의 동작 유/무만을 검사하고 있는 정도에 그치고있다.

따라서, 접지검출기의 신뢰성을 확보하기 위한 건전성 평가 기술이 전무한 상태에서는 다음과 같은 문제점이 발생할 수 있다.

예를 들어, 회전자 코일에 접지가 발생하였는데도 불구하고 접지검출기(3)의 감도가 낮아 경보가 작동되지 않는 경우는 대형사고나 발전기 수명에 큰 악영향을 미칠 수 있다.

또, 접지검출기(3)의 감도가 필요 이상으로 민감한 경우는 오동작을 일으켜 발전기의 가동을 수시로 중지시켜 작업효율을 떨어뜨리거나 전력공급에 막대한 지장을 줄 수도 있다.

상술한 바와 같이, 발전기의 정상 운전중 접지검출기의 오동작과 부동작으로 인한 회전자의 손상이나 불시 정지의 위험성 문제 이외에도, 종래의 기술에서는, 접지사고가 발생하여 접지검출기가 정상 동작하여 발전기 운행이 중지된 경우에 절연 상태가 불량하여 접지를 발생시킨 위치에 대한 정보를 전혀 예측할 수 없어 접지사고 발생 후 사후 조치에도 어려움이 많은 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 접지검출기에 실제 발전기 운전 상태와 동일한 계자전압과 가상의 접지환경을 가변시켜가며 인가하여 회전자 접지검출기를 동작시키고, 이 때 나타나는 접지검출기의 동작 및 동작 상태에 관계된 데이터를, 컴퓨터 시스템을 이용하여, 취득/분석하므로써 접지검출기의 동작 특성은 물론, 접지사고 발생시 접지 Position을 정확히 예측하여 사후의 신속한 조치를 가능케 하는 발전기 회전자 접지검출기 검사장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 컴퓨터 시스템의 제어에 의해, 계자전압과 동일한 임의의 직류전압을 발생시켜 접지검출기에 인가하는 가변 직류전압 공급부와; 이 가변 직류전압 공급부의 출력단에 병렬로 결합된 계자용 가변저항과; 컴퓨터 시스템의 제어에 의해, 계자용 가변저항의 저항 가변단자의 위치를 조절하는 제1 제어수단과; 계자용 가변저항의 저항 가변단자와 접지 사이에 연결된 접지설정용 가변저항과; 컴퓨터 시스템의 제어에 의해, 접지설정용 가변저항의 저항값을 조절하는 제2 제어수단과; 가변 직류전압 공급부와 제1 및 제2 제어수단의 동작을 제어하며, 접지검출기의 동작 및 동작 상태에 관계된 데이터를 취득/분석하여 이를 저장 및 출력하는 컴퓨터 시스템을 포함하여 이루어진다.

도 1 은 발전기 회전자 접지검출기의 동작을 설명하기 위해 도시한 등가 회로도.

도 2 는 본 발명에 따른 발전기 회전자 접지검출기 검사장치를 도시한 회로도.

도 3 은 본 발명의 컴퓨터 시스템에서 출력한 유니-폴라형의 접지검출기의 동작특성을 시험한 결과의 예를 도시한 그래프.

도 4 는 본 발명의 컴퓨터 시스템에서 출력한 바이-폴라형의 접지검출기의 동작특성을 시험한 결과의 예를 도시한 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

3 : 접지검출기 4 : 가변 직류전압 공급부

5 : 컴퓨터 시스템

VR1 : 계자용 가변저항 VR2 : 접지설정용 가변저항

M1 : 제1 스텝모터 M2 : 제2 스텝모터

이하, 본 발명의 기술적 구성 및 동작을 첨부한 도2 내지 도4를 참조하여 설명한다.

도2는 본 발명에 따른 발전기 회전자 접지검출기 검사장치의 구성을 도시한 회로도이다.

본 발명의 발전기 회전자 접지검출기 검사장치는 컴퓨터 시스템(5)의 제어에 의해,계자전압과 동일한 임의의 직류전압을 발생시켜 접지검출기(3)에 인가하는 가변 직류전압 공급부(4)와; 이 가변 직류전압 공급부(4)의 출력단(A,C)에 병렬로 결합된 계자용 가변저항(VR1)과; 컴퓨터 시스템(5)의 제어에 의해, 계자용 가변저항(VR1)의 저항값을 조절하는 제1 스텝모터(M1)와; 계자용 가변저항(VR1)의 저항 가변단자(B)와 접지 사이에 연결된 접지설정용 가변저항(VR2)과; 컴퓨터 시스템(5)의 제어에 의해, 접지설정용 가변저항(VR2)의 저항값을 조절하는 제2 스텝모터(M2)와; 가변 직류전압 공급부(4)와 제1 및 제2 스텝모터(M1,M2)의 동작을 제어하며, 접지검출기(3)의 동작 및 동작 상태에 관계된 데이터를 취득/분석하여 이를 저장 및 출력하는 컴퓨터 시스템(5)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 가변 직류전압 공급부(4)는 발전기의 계자코일에 인가되는 직류전압과 동일한 직류전압을 계자용 가변저항(VR1)의 양단(A,C)에 인가하므로써, 접지검출기(3)에는 정상 운전중인 발전기의 회전자 코일과 동일한 환경을 제공하게된다. 이 때, 가변 직류전압 공급부(4)에서 출력되는 직류전압의 크기는 컴퓨터 시스템(5)에 의해 결정되며, 바람직하게는, 다양한 종류의 발전기마다 각 발전기의 회전자 코일에 인가되는 계자전압 값을 미리 컴퓨터 시스템(5)에 저장하여 각 계자전압에 해당하는 직류전압을 가변 직류전압 공급부(4)를 통해 단계적으로 인가하도록 이루어진다.

그리고, 계자용 가변저항(VR1)의 저항 가변단자(B)는 접지설정용 가변저항(VR2)을 통해 접지와 연결된다. 따라서, 계자용 가변저항(VR1)과 접지설정용 가변저항(VR2)은 접지검출기(3)에게 회전자 코일의 가상 접지환경을 인가하게된다.

즉, 이를 도1에 도시한 발전기 회전자의 등가 회로와 비교하면, 계자용 가변저항(VR1)은 직류 계자전압(VDC)을 인가 받는 계자코일(1)에 해당하며, 계자용 가변저항(VR1)에서의 저항 가변단자(B)의 상대적 위치는 계자코일(1)에서의 접지가 발생한 P1지점의 상대적 위치에 해당하며, 접지설정용 가변저항(VR2)의 저항값은 P1지점에서의 접지저항(2)값에 해당한다.

예를 들어, 계자용 가변저항(VR1)에서의 저항 가변단자(B)의 상대적 위치를 %로 나타내어, (+)End의 위치를 100%라하고 (-)End의 위치를 0%라 하면, 저항 가변단자(B)가 계자용 가변저항(VR1)의 80%에 해당하는 곳에 위치하고 이 때, 접지설정용 가변저항(VR2)의 저항값이 8㏀인 경우에 접지검출기(3)는 계자코일(1)의 80%위치에서 8㏀의 접지저항(2)값을 갖는 접지가 발생한 경우와 동일한 환경에 놓이게된다.

여기서, 접지설정용 가변저항(VR2)의 저항값과 계자용 가변저항(VR1)에서의 저항 가변단자(B)의 상대적 위치는 각각 제2 스텝모터(M2)와 제1 스텝모터(M1)에 의해 조절되도록 이루어지며 제1 및 제2 스텝모터(M1,M2)의 동작은 컴퓨터 시스템(5)에 의해 제어된다.

이하, 본 발명의 전체적인 작동과 컴퓨터 시스템(5)의 구체적 동작에 대해 설명한다.

우선, 본 발명은 초기화 과정에서는 컴퓨터 시스템(5)의 사용자 인터페이스 환경(GUI)을 통해 유니-폴라형의 접지검출기와 바이-폴라형의 접지검출기를 선택하여 검사 과정이 수행된다. 이하, 유니-폴라형의 접지검출기의 검사 과정을 선택한경우에 해당하는 본 발명의 동작 과정을 설명한다.

발전기에서 사용되는 임의의 계자전압이 가변 직류전압 공급부(4)를 통해 인가된다. 그리고, 제1 스텝모터(M1)는 저항 가변단자(B)의 상대적 위치를 100% 즉, (+)End위치로 이동시킨다. 물론 이때의 제1 스텝모터(M1)의 동작 제어는 컴퓨터 시스템(5)에 의해 이루어진다.

이후, 컴퓨터 시스템(5)은 제2 스텝모터(M2)를 이용하여 접지설정용 가변저항(VR2)의 저항값을 최대에서부터 점차 감소시켜 나간다. 이 동안 컴퓨터 시스템(5)은 검사대상인 접지검출기(3)의 동작 여부를 모니터링하여 접지검출기(3)가 동작되면 제2 스텝모터(M2)의 동작을 멈추고, 제2 스텝모터(M2)의 회전수에 근거하여 이 때의 접지설정용 가변저항(VR2)의 저항값을 계산/저장한다.

이후, 제2 스텝모터(M2)는 접지설정용 가변저항(VR2)의 저항값이 최대가 되도록 구동되며, 동시에 제1 스텝모터(M1)에 의해 저항 가변단자(B)의 위치는 임의의 다른 위치로 이동된다.

예를 들면, 제1 스텝모터(M1)에 의해 저항 가변단자(B)의 상대적 위치는 90%지점으로 이동된다. 그리고 제2 스텝모터(M2)를 이용하여 접지설정용 가변저항(VR2)의 저항값을 차츰 줄이며 접지검출기(3)의 동작 여부를 모니터링하는 상기 과정을 반복한다.

이와 같이, 본 발명은 접지지점의 상대적 위치를 계자용 가변저항(VR1)의 100%, 90%, 80%,…,10%, 0%의 순으로 각각 변화시켜가며, 각 접지 위치에서의 접지저항값을 제2 스텝모터(M2)를 이용하여, 접지검출기(3)가 동작할 때까지, 점차 감소시키며 접지검출기(3)가 동작하기 시작할 때의 접지저항값을 저장하게된다.

이와 같은 과정이 완료되면, 다시 가변 직류전압 공급부(4)로부터 인가되는 계자전압을 변경하여 상술한 과정을 반복한다.

본 발명의 컴퓨터 시스템(5)은 이와 같은 일련의 과정을 통해 얻어진 계자전압 값과 접지지점의 상대적 위치 및 이 때 접지저항값의 데이터를 모두 취득/처리하여 도3에 도시된 바와 같은 그래프를 출력하게된다.

도3에 도시된 그래프는 Uin-Polar Type의 접지검출기의 성능을 검사한 결과의 예로서, 가변 직류전압 공급부(4)로부터 325V, 250V, 125V, 0V의 계자전압을 인가하여 각 경우의 접지검출기 동작 시점을 접지발생의 상대적 위치와 이 때 해당 접지저항값에 대하여 도시하고 있다.

이와 같은 접지검출기의 동작 특성에 관계된 데이터를 이용하면 정상운전중 접지사고가 발생되는 경우 접지검출기 단자를 분리하여 접지저항을 측정함으로서 계자코일에서의 접지 위치를 근사하게 파악할 수 있다.

그리고, 초기화 과정에서 바이-폴라형의 접지검출기의 검사를 선택한 경우 본 발명의 발전기 회전자 접지검출기 검사장치는 다음과 같이 동작한다.

바이-폴라형의 검사 과정은 유니-폴라형의 검사 과정과 유사하나, 다만 접지 발생 위치의 설정 순서가 다르게 동작한다.

즉, 제1 스텝모터(M1)는, 상술한 유니-폴라형에서와 같이, 저항 가변단자(B)의 상대적 위치를 100% 즉, (+)End위치로부터 0%의 위치까지 순차적으로 이동시키는 것이 아니라, (+)End위치로부터 중심부(50% 위치)까지 접지 위치를 변경해가며 상술한 바와 동일한 검사 과정을 거치고, 다시 0% 즉, (-)End위치로부터 중심부(50% 위치)까지 접지 위치를 변경해가며 상술한 바와 동일한 검사 과정을 거치게 된다.

도4는 이러한 바이-폴라형의 접지검출기의 성능시험 결과의 예를 도시한 그래프로서, 가변 직류전압 공급부(4)로부터 500V, 300V, 200V, 100V, 0V의 계자전압을 인가하여 각 경우의 접지검출기 동작 시점을 접지발생의 상대적 위치와 해당 접지저항값에 대하여 도시하고 있다.

여기서, 제1 스텝모터(M1)에 의한 저항 가변단자(B)의 상대적 위치 설정은 (+)End로부터 중심부로 100%, 90%, 80%, 70%, 60%, 50% 순서로 시험한 후, 다시 (-)End, 10%, 20%, 30%, 40%, 50% 로 수행하여 접지검출기의 동작에 관계된 데이터를 취득하였다.

이와 같은 구성으로 본 발명의 발전기 회전자 접지검출기 검사장치는 유니-폴라형의 접지검출기와 바이-폴라형의 접지검출기 모두에 대하여 검사를 수행할 수 있다.

그리고, 본 발명의 접지설정용 가변저항(VR2)을 2개 이상의 가변저항을 직렬 연결하고 각 가변저항의 저항값을 2개 이상의 스텝모터를 이용하여 각각 동시에 제어하도록 구성하면 좀 더 빠르게 접지저항값을 변화시킬 수 있어 검사에 소요되는 시간을 단축시킬 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 발전기 회전자 접지검출기 검사장치는 접지검출기에 실제 발전기 운전 상태와 동일한 계자전압과 가상의 접지환경을 인가하여 회전자 접지검출기를 동작시키고, 이 때 나타나는 접지검출기의 동작 및 동작상태에 관계된 데이터를, 컴퓨터 시스템을 이용하여, 취득/분석하므로써 접지검출기의 세밀한 동작특성 분석이 가능하며, 접지사고 발생시에는 이를 이용하여 접지 Position을 정확히 예측하여 사후의 신속한 조치를 가능케 하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 발전기 회전자의 접지 상태를 체크하는 접지검출기의 성능을 시험하는 검사장치에 있어서,

   컴퓨터 시스템의 제어에 의해, 계자전압과 동일한 임의의 직류전압을 발생시켜 상기 접지검출기에 인가하는 가변 직류전압 공급부와;

   상기 가변 직류전압 공급부의 출력단에 병렬로 결합된 계자용 가변저항과;

   상기 컴퓨터 시스템의 제어에 의해 구동되는 스텝모터로 이루어져, 상기 계자용 가변저항의 저항 가변단자의 위치를 조절하는 제1 제어수단과;

   상기 계자용 가변저항의 저항 가변단자와 접지 사이에 연결된 접지설정용 가변저항과;

   상기 컴퓨터 시스템의 제어에 의해 구동되는 스텝모터로 이루어져, 상기 접지설정용 가변저항의 저항값을 조절하는 제2 제어수단과;

   상기 가변 직류전압 공급부와 상기 제1 및 제2 제어수단의 동작을 제어하며, 상기 접지검출기의 동작 및 동작 상태에 관계된 데이터를 취득/분석하여 이를 저장 및 출력하는 컴퓨터 시스템을 포함하여 이루어진 것이 특징인 발전기 회전자 접지검출기 검사장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 접지설정용 가변저항은 직렬 연결된 다수의 가변저항으로 이루어지고,

   상기 제2 제어수단은 상기 컴퓨터 시스템의 제어에 의해, 상기 다수의 가변저항 각각의 저항값을 조절하는 다수의 스텝모터로 이루어진 것이 특징인 발전기 회전자 접지검출기 검사장치.