KR100586383B1

KR100586383B1 - 광대역 누설전류 자동측정장치

Info

Publication number: KR100586383B1
Application number: KR1020030074891A
Authority: KR
Inventors: 최인혁; 이동일; 안정식; 정길조; 최장현
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2003-10-25
Filing date: 2003-10-25
Publication date: 2006-06-08
Also published as: US7148674B2; US20050088196A1; KR20050039424A

Abstract

본 발명은 특고압에 사용하는 옥외 절연물의 광대역 누설전류를 무유도성 분류(shunt)저항 10[Ω], 100[Ω], 1,000[Ω]을 이용하여 자동절체 계측하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 절연물의 누설전류가 증가하면 측정자가 설정한 범위에 따라 자동적으로 측정 범위를 조절하여 원격지에서도 정밀도가 향상된 넓은 범위의 누설전류를 측정할 수 있고, 또한 인가되는 특고압에 의해 발생 가능한 써지(Surge)로부터 계측 장치를 자체 보호하고 원격지에 설치되어 있는 절연물의 누설전류를 이더넷(Ethernet)을 이용하여 실시간으로 계측할 수 있는 광대역 누설전류 자동측정장치에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명은, 광대역 누설전류의 변화에 따른 측정범위를 자동적으로 변경할 수 있도록 3개의 무유도성 분류저항으로 구성된 자동절체부(Auto Range Selector Part), 기상에 따른 옥외 절연물의 누설전류량 변화를 계측하기 위한 기상관측부(Meteorological Observation Part), 측정된 누설전류의 노이즈 제거 및 증폭을 위한 신호 처리부(Leakage Current Measuring Part), 계측된 누설전류 및 기상 자료를 관측지로 보내기 위한 신호전송부(Analog Signal Transmitter Part), 과도 써지전압으로부터 시스템을 보호하기 위한 신호선 써지프로텍터(Surge Protector)와 전원선 써지 차단부, 자료를 전송받아 저장하고 표시하기 위한 자료 수신 및 저장부(Data Receiving & Recording Part), 현장에서 장비 점검시 필요한 현장 표시부(Local Indicator)로 이루어졌다.

결론적으로, 본 발명은 특고압 선로에 설치되어 있는 옥외 절연물의 광대역 누설전류를 무유도성 저항을 이용하여 자동적으로 절체가 가능하도록 되어 있으며, 이더넷을 통하여 인가된 사용자가 임의의 장소에서 제어 계측함으로써 작업자의 안전성 및 신뢰성을 향상시키고, 특고압에 의해 발생 가능한 써지로부터 측정장치를 보호하여 수명 및 성능을 높일 수 있다.

자동절체 계측장치, 광대역 누설전류 자동측정장치, 특고압선로

Description

광대역 누설전류 자동측정장치{LEAKAGE CURRENT AUTO MEASUREMENT APPARATUS}

도 1 은 본 발명의 실시예에 관한 광대역 누설전류 자동측정장치를 도시해 놓은 구성도,

도 2 는 본 발명의 광대역 누설전류 측정장치에서 각 부분별 구성도로써, 도 2a 는 과도 써지 전압으로부터 시스템을 보호하기 위한 신호선 써지프로텍터(Surge Protector) 및 전원선 써지차단기의 구성도, 도 2b 는 측정된 누설전류의 노이즈 제거 및 증폭을 위한 신호 처리부(Leakage Current Measuring Part)의 구성도, 도 2c 는 계측된 누설전류 및 기상 자료를 관측지로 보내기 위한 신호전송부(Analog Signal Transmitter Part)의 구성도,

도 3 은 광대역 누설전류의 값의 측정을 위한 무유도성 분류저항으로 절체되는 자동절체부(Auto Range Selector Part)의 흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 신호처리부 20 : 기상관측부

30, 40 : 신호변환부 50, 60 : 신호선 써지프로텍터

70 : 자동절체부 80 : 신호전송부

90, 110 : 전원선 써지 차단부 100 : 자료수신 및 저장부

본 발명은 국내 최초로 특고압에 사용하는 옥외 절연물의 광대역 누설전류를 무유도성 분류 저항 10[Ω], 100[Ω], 1,000[Ω]을 이용하여 자동절체 계측하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 절연물의 누설전류가 증가하면 측정자가 설정한 범위에 따라 자동적으로 측정 범위를 조절하여 원격지에서도 정밀도가 향상된 넓은 범위의 누설전류를 측정할 수 있고, 또한 인가되는 특고압에 의해 발생 가능한 써지로부터 계측 장치를 자체 보호하고 원격지에 설치되어 있는 절연물의 누설전류를 이더넷을 이용하여 실시간으로 계측할 수 있는 광대역 누설전류 자동측정장치에 관한 것이다.

현재 사용되고 있는 일반적인 배전급의 누설전류 측정범위가 협대역으로 낮은 누설전류 값을 가지기 때문에, 누설전류 측정을 위한 계측기는 수 μA에서 수백 μA의 특정 범위의 누설전류를 측정할 수 있는 크램프(Clamp) 형태의 계측기가 대부분이다. 또한, 특정 범위를 벗어나면 다른 크램프의 용량을 갖는 다른 계측기를 이용해야 하는 어려움을 가지고 있다. 한편, 크램프 형태의 계측기는 누설전류를 측정하기 위하여 측정선에 크램프를 걸어 누설전류 값을 디지털 또는 아날로그로 측정하게 된다. 또한, 자료를 저장하기 위하여 외부 저장장치를 추가적으로 설치하여 측정지에서 저장하거나, 임시저장장치를 이용하여 특정 데이터를 저장할 수 있다.

반면, 송전급 절연물에서 발생되는 누설전류는 수 μA에서 수십 mA와 같이 넓은 범위의 변화를 나타내므로, 이와 같이 광대역 측정범위를 실시간으로 신뢰성 있게 특고압 인가상태에서 작업자가 안전하게 계측할 수 있는 방법은 현재까지 국내에 없었다. 또한, 연속적으로 계측하기 위해서는 측정범위의 변화가 예상되는 시점에 측정자가 현장에서 직접 장치를 조작해야 하고, 측정지에 자료 저장장치를 설치하여 자료를 저장시 일정기간 저장된 자료를 측정자가 분석하기 위해서는 측정지에서 자료를 직접 저장해 와야 하는 어려움이 있었다.

이는 특고압이 인가되어 있는 절연물의 누설전류를 계측하기 위하여 측정자가 현장에 접근시 안전상의 문제를 야기할 수 있다. 그리고 인가되어 있는 특고압의 전압으로 인하여 기상에 따라 발생가능한 과도 전압 및 전류에 대한 대비책을 갖추고 있지 않아, 계측기의 성능 및 수명의 저하와 같은 문제를 야기할 수 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위해 특고압에 사용하는 옥외 절연물의 광대역 누설전류를 무유도성 분류저항을 이용하여 자동절체계측하게 되는 장치를 발명한 것으로, 특고압하에서 옥외 절연물의 광대역 누설전류가 기상변화 및 절연물의 기능성 약화에 따라 광범위한 누설전류 변위를 나타내기 때문에 무유도성 분류저항 3개를 설치하여 누설전류의 양에 따라 3개의 저항이 자동절체하게 하므로 광대역의 누설전류를 측정할 수 있도록 시스템을 구현하고, 또 계측자의 안전을 확보하고 발생 가능한 써지, 낙뢰 및 노이즈를 효과적으로 제거할 수 있는 광대역 송전급 절연물 누설전류 자동측정장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 광대역 누설전류의 변화에 따른 측정범위를 자동적으로 변경할 수 있도록 3개의 무유도성 분류저항으로 구성된 자동절체부(50), 기상에 따른 절연물의 누설전류량 변화를 계측하기 위한 기상관측부(20), 측정된 누설전류의 노이즈 제거 및 증폭을 위한 신호 처리부(10), 계측된 누설전류 및 기상 자료를 관측지로 보내기 위한 신호전송부(80), 과도 써지 전압으로부터 시스템을 보호하기 위한 신호선 써지프로텍터(50, 60) 및 전원선 써지 차단부(90, 110), 자료를 전송받아 저장하고 표시하기 위한 자료 수신 및 저장부(100), 그리고 현장에서 장비 점검시 필요한 현장 표시부로 구성되어 있다.

본 발명은, 광대역의 누설전류 값을 측정하기 위해 우선 3개의 무유도성 분류저항(10, 100, 1,000[Ω])을 이용하여 계측자가 3개의 절체영역을 설정하면 자동으로 누설전류의 값에 따라 각 영역에 맞는 저항으로 자동절체하여 광범위하게 발생되는 누설전류를 측정하고, 특고압에 의해 발생할 수 있는 작업자의 안전을 향상시키기 위해 원격지에서 이더넷에 의해 자동 또는 수동으로 측정범위를 변경하며, 자료의 저장도 원격지에서 이루어질 수 있도록 되어 있다.

또한, 과도전압 및 전류로부터 장치를 안전하게 보호하도록 신호선 써지프로텍터와 전원선 써지 차단부를 두고, 장치의 설정 및 제어, 계측 등을 보편화된 이더넷에 의해 이루어지도록 하므로, 인증된 사용자는 이더넷이 설치되어 있는 어느 장소에서나 장치를 관찰 및 조작, 계측이 가능하도록 되어 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 관한 광대역 누설전류 자동측정장치를 도시해 놓은 구성도로서, 본 발명은 절연물의 누설전류가 증가하면 측정자가 설정한 범위에 따라 자동적으로 측정 범위를 조정할 수 있을 뿐만 아니라, 원격지에서도 정밀도가 향상된 누설전류를 측정할 수 있도록 시스템을 구현하고, 인가되는 특고압에 의해 발생 가능한 써지로부터 계측장치를 자체 보호할 수 있도록 시스템을 구축하며, 원격지에서 누설전류를 이더넷을 통하여 실시간으로 계측되도록 되어 있다. 따라서, 특고압 선로로부터 발생 가능한 작업자의 안전사고를 예방할 수 있도록 되어 있다.

누설전류 측정부로써 신호처리부(10)는 신호변환부(30)와 신호선 써지프로텍터(50)를 통해 자동 범위선택부로써 자동절체부(70)가 연결되고, 기상관측부(20)는 신호변환부(40)를 통해 신호선 써지프로텍터(60)가 연결된다. 상기 자동절체부(70)와 신호선 써지프로텍터(60)가 신호전송부(80)에 연결되고, 상기 신호전송부(80)는 자료전송(이더넷)의 자료수신 및 저장부(100)와 전원선 써지 차단부(90)가 연결되며, 상기 자료수신 및 저장부(100)에도 전원선 써지 차단부(110)가 연결되게 된다.

절연물의 누설전류는 설치 절연물에 연결된 계측선과 접지선을 이용하여 측정하게 된다. 계측선과 접지선 사이에 전류 신호를 전압 신호로 변환하기 위하여 무유도성 분류저항 10[Ω], 100[Ω], 1,000[Ω]을 설치하여 자동으로 누설전류의 크기에 따라 저항을 선택하여 광대역 누설전류까지 계측 가능하도록 되어 있다.

상기 기상관측부(20)는 절연물의 누설전류 계측시 누설전류 값에 많은 영향을 주는 온도, 습도, 풍향 및 풍속을 계측함으로 측정되는 누설전류의 신뢰성을 향상시키고 있다. 온도, 습도, 풍향, 풍속 센서에서 계측된 각각의 아날로그 값은 계측된 누설전류와 더불어, 신호선 써지프로텍터(60)로 보내지게 된다.

특고압하에서 옥외 절연물의 광대역 누설전류 계측시 다양한 형태의 써지가 회로를 따라 전달되며, 급속히 증가하고 서서히 감소하는 특성을 지닌 전기적 전류, 전압 또는 전력의 과도파형(IEC IEV 161-02-01)등이 빈번히 발생한다. 특히 우천시, 또는 낙뢰에 의해 발생된 써지는 급격히 전압과 전류를 증가시켜 계측기기에 많은 영향을 준다. 또한, 신호선을 통하여 유입되는 써지는 애자에 인가되어 있는 특고압에 의해 수백 볼트의 순간전압을 나타내기도 한다.

도 2 는 본 발명의 광대역 누설전류 측정장치에서 각 부분별 구성도로써, 도 2a 는 과도 써지 전압으로부터 시스템을 보호하기 위한 신호선 써지프로텍터 및 전원선 써지 차단부의 구성도이고, 도 2b 는 측정된 누설전류의 노이즈 제거 및 증폭을 위한 신호 처리부의 구성도이며, 도 2c 는 계측된 누설전류 및 기상 자료를 관측지로 보내기 위한 신호전송부의 구성도이다.

본 발명에서 사용되는 신호변환부(Signal Converter : 30, 40), 아날로그신호전송부(80) 및 SMPS(Switching Mode Power Supply : 도시되지 않음) 등의 계측기기는 써지에 매우 예민하여 쉽게 손상되므로, 이들 기기를 써지로부터 보호하기 위해서는 도 2a와 같이 신호선 써지프로텍터(Surge Protector : 1)를 기기의 전원 입력단에 설치하고, 신호보호용 써지프로텍터(3)와 조합하여 시스템을 보호하도록 되어 있다. 상기 신호선 써지프로텍터(1)와 전원선 써지프로텍터(3)사이에 아날로그신호 측정인스루먼트(2)가 설치되어 있다.

상기 신호선 써지프로텍터(60)를 통과한 계측 신호는 신호처리부(10)에 의해 신호전송부(80)에서 계측 가능한 범위의 신호로 변환 또는 증폭된다. 신호처리부(10)는 도 2b와 같이 노이즈필터(11)의 노이즈 제거, 로우 드리프트(LOW DRIFT)증폭기(12)의 증폭, 선형화, 아이소레이션(Isolation : 13)의 기능과 제로와 스팬(SPAN)이 연결된 출력드라이버(14)를 포함하고 있다.

상기 노이즈필터(11)로 입력되는 신호에서 노이즈를 제거하고, 상기 로우드리프트 증폭기(12)에서 일정 수준의 신호로 증폭해주며, AC 신호를 DC 신호로 선형화해준다. 이때, 입력 신호측과 출력 신호측을 아이소레이션(13)에 의해 물리적으로 분리하여 2 차적으로 써지 및 이상 신호의 전달을 차단함으로 측정장치의 손상을 막도록 되어 있다.

신호전송부(80)에서는 도 2c와 같이 신호처리부(10)에 의해 변환되어 입력되는 누설전류 및 기상 자료를 전송 가능한 디지털신호로 변환하는 A/D 변환부(84)로 구성되어 있고, A/D 변환된 디지털신호는 이더넷을 통해 전송 가능하도록 이더넷 장치서버(Ethernet Device Server : 83)에 의해 통신 프로토콜(Protocol)에 따라 재작성되어, 관측지에서 자료 요청시 이더넷을 통하여 자료를 전송한다. 상기 이더넷 장치서버(83)는 프로토콜컨버터(82)가, 상기 A/D 변환부(84)는 누설전류 및 기상 아날로그신호(81)를 통한 신호변환부(85)가 각각 연결된다.

신호전송부(80)는 여러 클라이언트(Client)의 접근을 허용하여 동시에 여러 곳에서 누설전류를 관찰할 수 있고, 특정 클라이언트에서 이상 발생시 다른 클라이언트에 의해 계속적인 누설전류 계측과 감시가 이루어지므로 계측의 안정성을 높이고 있다. 그러나 임의의 사용자의 고의적인 접근을 방지하기 위하여 이더넷 장치서버(83)의 접근은 사용자 인증이 필요하므로, 장치서버(83)의 설정변경은 동일 서브네트 마스크의 인증된 사용자만 가능하도록 되어 있다.

자료 수신 및 저장부(100)는 이더넷을 통해 전송된 자료를 수신하여 통신 프로토콜에 따라 재해석하여 PC(Personal Computer)의 디스플레이(Display)에 표시하고 저장을 하도록 되어 있다. 즉, 원격 감시를 하는 곳의 PC를 통하여 장치의 상태 감시 및 데이터 수신이 가능하도록 하고, 수신된 자료는 각 측정 애자별로 기상, 인가전압 등의 상태 등과 연계하여 분석가능 하도록 화면에 그래프 및 숫자로 나타내주도록 되어 있다.

자료수신 및 저장부(100)에서는 장치의 계측 속도, 사용자 등록, 측정범위 자동 및 수동 절체, 자동절체 조건 등을 설정할 수 있도록 되어 있다. 측정범위 자동절체부(70)에서는 설정된 자동절체조건에 의해 누설전류의 변화에 따라 자동 및 수동으로 측정 범위를 변경하도록 되어 있다. 측정 범위의 자동 변경을 위해서는 자료수신 및 저장부(100)에서 측정범위 자동절체로 설정을 하고, 자동절체 조건을 설정하면 된다.

자동절체조건은 기상 또는 누설전류의 변화로 구성되며, 조건에 도달하면 도 3과 같이 자료 수신 및 저장부(100)에서 자동으로 측정 범위 변경 명령을 신호전송부(80)로 보낸다.

도 3 은 광대역 누설전류의 값의 측정을 위한 무유도성 분류저항으로 절체되는 자동절체부(70)의 흐름도로서, 누설전류 및 기상자료를 수신하여 범위변경 조건을 갖게 되는 바, 자료수신 및 저장부(100)에서 스텝1 조건여부 내지 스텝3 조건여부를 통해 스텝1 변경명령 내지 스텝3 변경명령이 신호전송부(80)를 통해 자동절체부(70)의 범위 선택하게 된다.

즉, 측정범위 변경 명령을 받은 신호전송부(80)에서는 자동절체부(70)에 다시 변경 명령을 내리고, 이에 따라 자동절체부(70)는 해당 측정 범위로 변경하도록 되어 있다. 측정범위 자동 변경시 상위 측정범위로의 전환은 자동절체조건에 의해 변경되고, 하위 측정 범위로의 전환은 자동절체조건의 5%이하로 만족될 때 변경하도록 되어 있다. 이는 자동절체 조건에 의해 상위 또는 하위 측정 범위로 전환할 경우에 자동절체 조건과 유사한 조건에서 빈번한 측정 범위 전환이 이루어져, 장치의 오작동 및 계측값의 손실이 발생되어 이를 방지하기 위함이다.

또한, 측정범위 자동 변경 후 변경 직전 시 계측된 자료는 내부 제어를 위해 참고만 하고, 보관을 하지 않도록 하여 안정적인 계측값을 갖도록 되어 있다. 측정 범위 수동 변경은 자료수신 및 저장부(100)에서 수동으로 설정하고, 계측자가 임의의 측정 범위를 선택하면, 자료 수신 및 저장부(100)에서 신호전송부(80)로 수동 변경 명령을 전송하고, 다시 자동절체부(70)로 명령이 전달되어 특정 측정 범위로 변경되도록 되어 있다.

현장 표시부는 현장에서 계측기의 캐리브레이션(Calibration)시 각 절연물의 누설전류 및 기상을 각각 나타나도록 되어 있다. 또한, 현장 표시부에는 측정 장치의 계절에 따른 안정성을 높이기 위해 자동 온도 조절장치가 설치되어 있어, 측정 장치의 온도가 겨울철 계측자 설정 온도 이하로 내려갔을 경우 히터를 작동시켜 측정 장치 내의 온도를 일정하게 유지하도록 되어 있다.

본 발명은 이더넷이 설치되어 있지 않은 경우에도 통신 케이블에 의해 PC와 직접적으로 연결해서 사용 가능하며, 또한 무선 인터넷을 사용해서 이더넷라인(Ethernet Line)을 추가적으로 설치하지 않고도 사용 가능하도록 되어 있다.

이와 같이 본 발명은 특고압에서 옥외 절연물의 광대역 누설전류 계측시 3개의 무유도성 저항을 이용하여 측정범위를 변경함으로써 자동적으로 원격지에서 이더넷으로 계측 및 장치의 일반적인 설정 변경이 가능하도록 하고, 원거리 조작을 통해 측정자의 현장 접근을 막아 안전상의 문제를 방지할 수 있으며, 상기 이더넷에 의한 실시간 계측이 이루어져 계측 자료의 활용도를 높일 수 있다.

또한, 현장 특성상 발생가능한 과도 전압 및 전류로부터 장치를 안전하게 보호하기 위하여 신호선 써지프로텍터 및 전원선 써지 차단부를 두어 장치의 수명 및 성능을 높일 수 있다. 한편, 장치의 제어 및 계측은 보편화된 이더넷에 의해 이루어지므로, 인증된 사용자는 이더넷이 설치되어 있는 어느 장소에서나 장치를 이용 가능하도록 되어 있다.

이와 같이 본 발명은 사용자가 누설전류를 안전하고 효과적으로 계측하도록 구축할 수 있으며, 장치의 안전성을 높여 유지보수에 많은 노력이 소요되지 않도록 되어 있다.

Claims

누설전류를 저항에 의해 전압으로 변환시키는 자동절체부(70), 기상에 따른 절연물의 누설전류량 변화를 계측하기 위한 기상관측부(20), 측정된 누설전류의 노이즈 제거 및 증폭을 위한 신호 처리부(10), 계측된 누설전류 및 기상 자료를 관측지로 보내기 위한 신호전송부(80), 과도 써지전압으로부터 시스템을 보호하기 위한 신호선 써지프로텍터(50, 60), 자료를 전송받아 저장하고 표시하기 위한 자료 수신 및 저장부(100) 및; 현장 장비 점검시 점검자가 장비의 상태를 알 수 있게 디스플레이하는 현장표시부로 구성된 것을 특징으로 하는 광대역 누설전류 자동측정장치에 있어서,

상기 자동절체부는 광대역 누설전류가 설치자가 설정한 설정 범위를 벗어나면 자동적으로 측정 범위에 맞는 3개의 무유도성 분류 저항 10[Ω], 100[Ω], 1,000[Ω]중 하나를 선택하여 자동절체를 통해 원격지에서 절연물의 누설전류를 이더넷을 이용하여 실시간으로 계측 및 제어를 함으로 계측자의 안전성 및 신뢰성을 향상시키며, 인가되는 특고압에 의해 발생 가능한 써지로부터 측정 장치를 보호하도록 된 것을 특징으로 하는 광대역 누설전류 자동측정장치.
삭제
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 자동 자동절체부(70)의 자동절체조건은 기상 또는 누설전류의 변화로 구성되며, 조건에 도달하면 자료 수신 및 저장부에서 자동으로 측정 범위 변경 명령을 신호전송부(80)로 보낸 것을 특징으로 하는 광대역 누설전류 자동측정장치.