KR100795917B1

KR100795917B1 - 절연감시시스템

Info

Publication number: KR100795917B1
Application number: KR1020060039991A
Authority: KR
Inventors: 김보경; 민호기
Original assignee: 주식회사 대호테크
Priority date: 2006-05-03
Filing date: 2006-05-03
Publication date: 2008-01-21
Also published as: KR20070107453A

Abstract

본 발명은 인버터와 같은 VVVF의 전력설비를 이용하여 부하에 전력을 공급하는 전선로에 있어서, 부하를 포함한 전선로의 절연상태를 감시하는 절연감시시스템에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 부하를 포함한 전선로의 절연상태를 VVVF의 운전조건에 관계없이 변압기에서 공급되는 전압에 대한 누설전류 또는 절연저항치를 정확하게 검출할 수 있다. 또한, 원격지에 있는 원격제어장치와 통신 또는 제어할 수 있는 기능, 가진 통신부를 통해 원격지로 검출된 각종 Data 또는 경보상태를 원격 감시할 수 있다.

절연감시, 누설전류, 연산제어부, 절연저항

Description

절연감시시스템{Insulation Monitoring System}

도 1은 종래의 절연감시시스템 회로도.

도 2는 종래의 절연감시장치 회로도.

도 3은 본 발명의 절연감시시스템의 제1실시예 회로도.

도 4는 본 발명의 절연감시시스템의 제2실시예 회로도.

도 5는 본 발명의 절연감시시스템의 제3실시예 회로도.

도 6은 본 발명의 절연감시시스템의 제4실시예 회로도.

도 7은 도3 ~ 도6에 사용되는 절연감시장치의 제1실시예 불럭도.

도 8은 도3 ~ 도6에 사용되는 절연감시장치의 제1실시예 상세회로도.

도 9는 도3 ~ 도6에 사용되는 절연감시장치의 제2실시예 불럭도.

도 10은 도3 ~ 도6에 사용되는 절연감시장치의 제2실시예 상세회로도.

도 11은 도 7의 제1실시예에 대한 동작흐름도.

도 12는 도 9의 제2실시예에 대한 동작흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

8 : VVVF 10 : 영상변류기

20, 30 : 절연감시장치 12, 13, 14: 전압검출수단

31 : 전압검출부 32 : A/D 변환부

33 : 전류검출부 34 : 제로크로스부

35 : 연산제어부 36 : 입출력부

38 : 통신부

본 발명은 절연감시시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 인버터와 같은 VVVF의 전력설비를 이용하여 부하에 전력을 공급하는 전선로에 있어서, 부하를 포함한 전선로의 절연상태를 감시하는 절연감시시스템에 관한 것이다.

종래의 인버터와 같은 전력설비를 이용하여 부하에 전력을 공급하는 전선로에 있어서, 부하를 포함한 전선로의 절연상태를 감시하는 방법은 변압기의 2차측의 접지된 접지계통에 있어서는 접지선에 흐르는 영상전류성분을 검출하거나, 전선로의 대지간에 흐르는 누설전류를 검출하는 방법이 있고, 변압기의 2차측이 접지되지 않은 비접지계통에 있어서는 영상전압을 검출하는 방법을 많이 사용하고 있으나, 이 방법들은 인버터의 상용주파수보다 높은 캐리어주파수때문에 대지로 누설되는 전류가 증가하여 누설전류가 절연상태보다 큰 누설전류가 검출되는 경우가 많아 절연상태의 파악이 부정확하다는 문제점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 종래 기술로 일본공개특허공보 2006-20483에서 도 1과 도 2와 같은 절연감시시스템이 공개되어 있다. 이 종래의 기술에 대해 좀더 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 전압을 변환하기 위한 변압기(1)와 개폐기(2)를 통해 전선로(3)에 상용교류전원이 공급되고 있는 전원계통이 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency: 이하 "VVVF"라 함)와 같은 인버터(8)를 통해 모터와 같은 부하(4)를 제어하고 있다. 본 발명에서 VVVF는 Variable Voltage Variable Frequency(가변전압 가변주파수)의 약자이다. 이는 전압을 가변할 수 있고, 주파수도 가변할 수 있는 것으로, 예를들어 인버터와 같은 기기는 전압 및 주파수를 가변할 수 있다.

도 1에서는 변압기(1)의 2차측이 와이(Y)결선으로 되어 있고 와이결선의 중성점이 접지선(5)을 통해 2종접지(6)에 접지되어 있다. VVVF(8)과 변압기(1)의 간의 절연상태가 양호하고 VVVF(8)의 출력단과 부하(4)의 R상에 절연상태가 불량한 경우, 즉 R상과 대지간에 절연저항(9)이 낮으면 절연저항(9)을 통해 누설전류(Io)가 대지를 통해 흐른다. 이 누설전류(Io)성분을 영상변류기(10)를 통해 검출하여 도 2와 같이 구성된 절연감시장치(20)에서 검출하는 시스템으로 구성된다.

상기 영상변류기(10)를 통해 검출된 누설전류(Io)성분은 저역필터(21, LPF)에서 상용주파수보다 높은 주파수의 성분을 제거하고, 증폭부(22)에서 증폭한다. 상기의 증폭부(22)의 출력을 밴드패스필터부(23, BPF)에서 필터링하고 Level검출부(24)와 동작판정처리부(25)를 통해 미리 설정된 누설전류경보값보다 클 때 출력처리부(26)를 통해 경보출력한다. 그러나, 이 시스템은 다음과 같은 문제점이 있다.

인버터와 같은 VVVF(8)의 동작운전주파수와 출력전압은 모터와 같은 부하(4)의 운전조건에 따라 달라지고, 절연저항(9)을 통해 대지로 누설되는 누설전류(Io)의 성분도 VVVF(8)의 동작운전주파수와 출력전압에 따라 달라지므로, 절연저항(9) 값이 일정하여도 VVVF(8)의 동작운전조건에 따라 영상변류기(10)를 통해 검출되는 누설전류값도 달라지므로 VVVF(8)의 동작운전조건을 반영하지 않고 영상변류기(10)를 통해 검출되는 누설전류값으로만 부하(4)를 포함한 전선로의 절연상태를 정확하게 감시할 수 없다. 예를 들어 절연저항(9)이 10Kohm인 경우에 VVVF(8)가 선간출력전압이 380V이고 운전주파수가 60Hz로 운전하는 경우는 절연저항(9)을 통해 대지접지(7)로 누설되는 누설전류값은 다음과 같이 220mA이다.

VVVF(8)가 선간출력전압190V이고 운전주파수가 30Hz로 운전하는 경우에 절연저항(9)을 통해 대지접지(7)로 누설되는 누설전류값은 다음과 같이 110mA이다.

만약 절연감시장치(20)의 경보설정치가 150mA일 경우에, 상기와 같이 절연상태가 동일하게 유지하고 있는 상태에서 VVVF(8)이 60Hz,380V로 운전되고 있을 때는 경보가 발생되고, VVVF(8)이 30Hz,190V로 운전되고 있을 때는 경보가 발생하지 않는 등과 같이 측정이 부정확한 경우가 발생하였다.

따라서, 모터와 같은 부하(4)에 전력을 공급하는 인버터와 같은 VVVF(8)의 운전조건이 변경되어도 정확하게 부하(4)를 포함한 전선로의 절연상태를 감시할 수 있는 절연감시시스템이 요구되어 왔다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 인버터와 같은 VVVF의 동작운전조건이 변화하여도 부하를 포함한 전선로의 절연상태를 정확하게 감시할 수 있는 절연감시시스템을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 전선로와 대지간의 상용교류주파수의 전압에 대한 절연저항을 계산하여 표시, 경보알람 출력 및 통신부를 통한 원격 제어할 수 있는 절연감시시스템을 제공하는 것으로 목적으로 한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 절연감시시스템은 전압과 주파수를 제어하는 기능을 가진 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency : 가변전압 가변주파수)에 의해 구동되는 모터등의 부하회로의 절연상태를 감시하는 장치에 있어서,
모터등의 부하에 공급되는 전압성분을 검출하여 일정한 크기로 변환하는 전압검출부와; 상기 전압검출부에서 추출된 전압성분의 제로점을 비교하여 검출하는 기능을 가진 제로크로스부와, 상기의 제로크로스부에서 검출된 성분의 주파수를 검출하기 위한 카운터부와;
모터등의 부하에 공급되는 전선로의 누설전류를 검출하기 위한 영상변류기와, 상기의 영상변류기에서 검출된 누설전류성분을 전압성분으로 변환하기 위한 전류/전압변환부와, 상기 전류/전압변환부에서 변환된 누설전류성분을 증폭하기 위한 증폭부와, 상기 증폭부에서 증폭된 누설전류성분에서 일정한 주파수이상의 주파수성분을 제거 또는 일정한 주파수대역의 주파수성분만 추출하기 위한 전류필터부로 구성되는 전류검출부와;
상기 전압검출부의 출력값과 상기 증폭부의 출력값의 아날로그성분을 디지털성분으로 변환하기 아날로그/디지털변환부와; 각종 데이터를 읽고 출력시키고 연산과 제어기능을 가진 연산제어부와; 각종 데이터를 입력하고 표시하거나 알람 표시할 수 있는 기능을 가진 입출력부를 포함하여 구성하고, 상기 영상변류기와 전류/전압변환부와 증폭부와 전류용필터부에 의해 검출된 누설전류성분을 상기의 전압검출수단과 전압용필터부에 의해 검출된 전압성분과 비교 연산하여 50Hz 또는 60Hz의 상용주파수성분의 전압에 대한 누설전류성분 또는 절연저항으로 환산하는 것을 특징으로 한다.

삭제

또한 본 발명의 절연감시시스템은 외부에서 원격감시하기 위한 통신부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 절연감시시스템의 제1실시예 회로도이고, 도 4는 본 발명의 절연감시시스템의 제2실시예 회로도이며, 도 5는 본 발명의 절연감시시스템의 제3실시예 회로이고, 도 6은 본 발명의 절연감시시스템의 제4실시예 회로도이다.

도 7은 도3 ~ 도6에 사용되는 절연감시장치의 제1실시예 불럭도이고, 도 8은 도3 ~ 도6에 사용되는 절연감시장치의 제1실시예 상세회로도이다. 도 9는 도3 ~ 도6에 사용되는 절연감시장치의 제2실시예 불럭도이고, 도 10은 도3 ~ 도6에 사용되는 절연감시장치의 제2실시예 상세회로도이다.

도 11은 도 7의 제1실시예에 대한 동작흐름도이고, 도 12는 도 9의 제2실시예에 대한 동작흐름도이다.

도 3은 변압기(1)의 2차측 결선이 와이(Y)이고 중성점이 접지되고, 전선로(11)의 전압성분을 검출하기 위한 전압검출수단(12)을 사용하여 대지간의 상전압을 검출하고 있는 실시예이고, 도 4는 도 3과 거의 유사한 실시형태이지만, 전선로 (11)의 전압성분을 선간전압을 검출하기 위해 전압검출수단(12, 13)을 사용하고 있는 실시예이고, 도 5는 변압기(1)의 2차측 결선이 델타(Δ)이고 비접지방식의 실시예이고, 도 6은 변압기(1)의 2차측 결선이 델타(Δ)이지만, T상이 일단 접지된 실시예로 전압검출수단(12, 13, 14)을 3개 사용하여 3상 모두의 전압을 검출하고 있는 실시형태이다. 상기의 도 3 ~ 도 6과 같이 4가지의 실시형태를 표시하였지만, 변압기(1)의 2차측 결선의 형태와 전압검출수단의 3상중 어느 상의 전압을 검출하는 가에 따라 여러 가지 실시형태를 달리할 수 있다.

도 7 내지 도 9는 도 3 내지 도 6의 절연감시장치(30)의 상세 회로도이다. 도 10과 도 11은 도 7과 도 9의 절연감시장치(30)의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명의 실시예인 도 3과 도 7과 도 10에 대해 먼저 설명한다.

도 3에 있어서 1은 전압을 변환하기 위한 변압기로 개폐기(2)를 통하여 전선로(3)에 전력을 공급한다. 5는 안전을 위하여 변압기(1)의 중성점을 접지(6)에 연결하기 위한 접지선이다. 접지는 일반적으로 변압기의 접지는 2종 접지(6)를 실시하고 있고, 부하측은 3종 접지(7)를 실시하고 있다. 향후 2종, 3종 접지를 구분하지 않고 공통접지로 변경될 가능성이 많다. 한편 개폐기(2) 및 전선로(3)와 인버터와 같은 VVVF(8)를 통해 모터와 같은 부하(4)로 전력이 공급이 되고 있는 상태에서 부하(4)를 포함한 전선로(11)와 대지간에는 절연열화가 발생하면 절연저항(9)의 절연저항치가 낮아지고, 이 절연저항(9)을 통해 대지접지(7)로 누설전류(Io)성분이 흐른다. 상기의 누설전류(Io)성분과 전선로(3a)의 대지간 전압값을 알면 절연저항(9)의 상태를 알 수 있다.

상기의 누설전류(Io)성분을 검출하기 위해 ZCT와 같은 영상변류기(10)에서 검출하고, 또한 전선로(11)의 대지간 전압을 검출하기 위해 전압검출수단(12)을 사용한다. 상기의 전압검출수단(12)을 통해 전선로(11)와 대지간의 상전압을 검출하고 있고, 상기의 영상변류기(10)의 2차측과 상기의 전압검출수단(12)이 도 7에 상세하게 도시되어 있는 절연감시장치(30)에 연결된다.

도 7은 도3 ~ 도6에 사용되는 절연감시장치의 제1실시예 불럭도이다.

본 발명의 절연감시시장치(30)는 모터등의 부하에 공급되는 전압성분을 검출하여 일정한 크기로 변환하는 전압검출부(31)와; 모터등의 부하에 공급되는 전선로의 누설전류를 검출하기 위한 영상변류기와, 상기의 영상변류기에서 검출된 누설전류성분을 전압성분으로 변환하여 주파수성분만 추출하는 전류검출부(33)와;

상기 전압검출부(31)의 출력값과 상기 전류검출부(33)의 출력값의 아날로그성분을 디지털성분으로 변환하기 위한 아날로그/디지털변환부(32)와; 각종 데이터를 읽고 출력시키고 연산과 제어기능을 가진 연산제어부(35)와; 각종 데이터를 입력하고 표시하는 입출력부(36); 및 외부에서 원격감시하기 위한 통신부(38)를 포함하여 구성된다. 상기 입출력부(36)는 일별부(361)와, 표시부(362)와, 기억부(363)으로 구성된다.

도 8에 의하면, 모터등의 부하에 공급되는 전압성분을 검출하기 위한 전압검 출부(31)는 전압검출수단(12)에 의해 검출된 전압성분을 일정한 크기로 변환하기 위한 전압검출부(311)와, 상기 전압검출부(311)에서 변환된 전압성분에서 일정한 주파수이상의 주파수성분을 제거 도는 일정한 주파수대역의 주파수성분만 추출하기 위한 전압필터부(312)로 구성되고, 상기 전류검출부(33)는 모터등의 부하에 공급되는 전선로의 누설전류를 검출하기 위한 영상변류기(10)와, 상기의 영상변류기(10)에서 검출된 누설전류성분을 전압성분으로 변환하기 위한 전류/전압변환부(331)와, 상기 전류/전압변환부(331)에서 변환된 누설전류성분에서 일정한 주파수이상의 주파수성분을 제거 또는 일정한 주파수대역의 주파수성분만 추출하기 위한 전류필터부(332)와, 상기 전류필터부(332)에서 검출한 누설전류성분을 증폭하는 증폭부(333)로 구성된다.

이하, 절연감시장치(30)의 제1실시예인 도 8과 절연감시장치(30)의 동작 흐름도인 도 10에 대해 상세하게 설명한다.

도 8과 도 10에 도시된 바와 같이, 절연감시장치(30)의 기억부(363)에 저장된 주요 흐름에서 키패드나 스위치와 같은 부품으로 절연감시장치(30)에서 사용되어지는 각종 Data 예를 들면 복수개의 절연감시장치(30)가 설치되어 있는 경우에 각 절연감시장치(30)별의 번호Address, 경보설정치, 각 구성요소별 증폭율 등과 같은 Data를 설정할 수 있는 기능을 가진 입력부(361)에서의 각종 데이터설정(100)이 실행된다. 다음에 상기의 입력부(361)에 의해 설정되어진 각종 Data 또는 기억부(363)에 미리 저장되어 진 각종 Data 또는 외부 원격지에서 통신부(38)를 통해 입 력되어지는 각종 Data를 읽는 각종Data읽음(110)의 동작이 실행된다.

다음에 Va, Ib 읽음&저장(125)이 실행되게 되면, 상기의 도 3 ~ 도 6의 절연감시시스템의 실시예의 영상변류기(10)에서 검출된 누설전류(Io)와 전압검출수단(12)에서 검출된 전압성분이 절연감시장치(30)로 입력된다. 상기의 전압검출수단(12)에서 검출된 전압성분은 전압검출부(311)에서 저항이나 콘덴서 또는 트랜스를 사용하여 절연감시장치(30)에서 사용가능한 전압으로 분할되어 Va3값으로 출력된다.

상기 Va3전압성분은 VVVF(8)에서 발생하는 여러 가지 주파수가 혼합된 성분이므로 전압필터부(312)에서 상용주파수성분보다 높은 주파수를 제거하거나 또는 VVVF(8)의 주파수제어범위내의 주파수대역만 추출한 전압성분(Va4)을 아날로그/디지털변환부(32)로 출력한다.

상기의 아날로그/디지털변환부(32)로 입력된 전압성분(Va4)값을 디지털값으로 변환하여 연산제어부(35)에서 읽고 기억부(363)에 저장한다.

그리고, 앞에서 설명한 바와 같이 영상변류기(10)를 통해 검출된 누설전류성분(Io)은 전류를 전압으로 변환하는 전류/전압변환부(331)에서 전압성분으로 변환되어지고 전류용필터부(332)에서 상용주파수성분보다 높은 주파수를 제거하거나 또는 VVVF(8)의 주파수제어범위내의 주파수대역만 추출한 누설전류성분를 증폭부(333)에서 증폭되어진 누설전류성분(Ib)을 아날로그/디지털변환부(32)로 출력한다. 상기 아날로그/디지털변환부(32)로 입력된 누설전류성분(Ib)값을 디지털값으로 변환하여 연산제어부(35)에서 읽고 기억부(363)에 저장한다.

다음에 도 10의 계산&표시(130)가 실행되면 다음과 같이 계산되고 다음 계산식에 사용되는 증폭율 또는 이득(gain)에 대한 상수 대한 정의는 다음과 같고, 이 값들은 상기의 입력부(361)에서 설정되거나 또는 미리 기억부(363)에 저장된 값들이다.

A1: 전압검출부(31)의 증폭관련 계수

A2: 전압용필터부(32)의 증폭관련 계수

B1: 영상변류기(10)의 1차/2차권수비율에 관한 증폭관련 계수

B2: 전류/전압변환부(331)의 증폭관련 계수

B3: 증폭부(333)의 증폭관련 계수

B4: 전류용필터부(332)의 증폭관련 계수

Io: VVVF(8)의 운전조건에서의 대지로 흐르는 누설전류

Vf: VVVF(8)의 운전조건에서의 대지간 상전압

V60 : 상용주파수(50Hz 또는 60Hz)의 상전압

I60 : 누설전류(Io)를 상용주파수(50Hz 또는 60Hz)의 상전압으로 환산한 누설전류값

그리고 아날로그/디지털변환부(32)의 변환관련 증폭계수는 1로 한다.

현재 VVVF(8)의 운전조건에서 전선로(11)와 대지간에 흐르는 누설전류(Io) 및 전선로(11)와 대지간의 상전압(Vf)은 다음 식 1과 같이 계산할 수 있다.
VVVF : Variable Voltage Variable Frequency(가변전압 가변주파수)

상기의 식1의 현재 VVVF(8)의 운전조건에서 전선로(11)와 대지간에 흐르는 누설전류(Io) 및 전선로(11)와 대지간의 상전압을 사용하여 변압기(1)에서 공급되는 60Hz의 상전압으로 환산한 누설전류(I60)는 다음 식 2와 같이 계산할 수 있다.

상기의 식1과 식2에서 계산된 누설전류 및 상전압을 사용하여 전선로(11)와 대지간에 존재하는 절연저항(9)의 값을 다음 식 3과 같이 계산할 수 있다.

또는

상기에서 설명한 수학식1~수학식3과 같이 VVVF(8)의 운전조건이 변화하여도 변압기(1)에서 공급되는 전압에 대한 누설전류값을 정확하게 검출할 수 있고 누설전류 Data를 FND 또는 LCD와 같은 종류의 표시수단에 나타내거나 LED 또는 부저와 같은 표시수단에 출력하는 표시부(362)에 누설전류값이나 상태를 나타낼 수 있다.

또한 상기에서와 같이 실제 전선로(11) 또는 전선로(3)와 대지간의 전압에 의한 절연저항(9)값도 자동적으로 계산되어질 수 있고, 상기의 표시부(362)에 표시 할 수 있다.

또한 스위치나 키패드와 같은 종류의 수단을 이용하여 각종 data를 입력하거나 선택할 수 있는 기능을 가진 입력부(361)를 사용하여 상기의 각종 누설전류성분 및 절연저항치를 선택적으로 표시부(362)에 표시하거나, 상기의 입력부(361)에서 입력한 경보레벨 또는 상기의 기억부(363)에 기억된 경보레벨과 비교하는 방법을 통해 경보레벨보다 크거나(누설전류) 또는 작으면(절연저항) 표시부(362)에 경보상태를 표시할 수 있고, 또는 통신부(38)를 통해 상기에서 계산된 각종 Data나 경보알람을 출력시킬 수 있다.

다음에 절연감시장치(30)의 제2실시예인 도 4와 도 9(도 10)와 도 12에 대해 설명한다.

도 4는 전선로(11)의 전압성분을 검출하기 위한 전압검출수단(12,13)을 사용하여 선간전압을 검출하고 있는 실시형태이고 다른 사항은 상기에서 설명한 도 3과 동일하다.

도 9는 도 10의 블록도이고, 도 7과 원리는 동일하나 증폭부(333)와 전류필터부(332)의 위치가 변경되고, 제로크로부(34)가 추가되는 점이 상이하다.

도 9에 의한 본 발명의 다른 실시예는 모터등의 부하에 공급되는 전압성분을 검출하여 일정한 크기로 변환하는 전압검출부(31)와; 상기 전압검출부(31)에서 추출된 전압성분의 제로점을 비교하여 검출하는 기능을 가진 제로크로스부(34)와, 상 기의 제로크로스부(34)에서 검출된 성분의 주파수를 검출하기 위한 카운터부(342)와;

모터등의 부하에 공급되는 전선로의 누설전류를 검출하기 위한 영상변류기(10)와, 상기의 영상변류기(10)에서 검출된 누설전류성분을 전압성분으로 변환하기 위한 전류/전압변환부(331)와, 상기 전류/전압변환부(331)에서 변환된 누설전류성분을 증폭하기 위한 증폭부(333)와, 상기 증폭부(333)에서 증폭된 누설전류성분에서 일정한 주파수이상의 주파수성분을 제거 또는 일정한 주파수대역의 주파수성분만 추출하기 위한 전류필터부(332)로 구성되는 전류검출부(33)와;

상기 전압검출부(31)의 출력값(Va2)과 상기 증폭부(333)의 출력값(Ia)과 상기 전류용필터부(332)의 출력값(Ib)의 아날로그성분을 디지털성분으로 변환하기 아날로그/디지털변환부(32)와; 각종 데이터를 읽고 출력시키고 연산과 제어기능을 가진 연산제어부(35)와; 각종 데이터를 입력하고 표시하거나 알람표시할 수 있는 기능을 가진 입출력부(36)와; 각종 데이터를 저장할 수 있는 기능을 가진 기억부(363)를 포함하여 구성하고, 상기 영상변류기(10)와 전류/전압변환부(331)와 증폭부(333)와 전류용필터부(332)에 의해 검출된 누설전류성분을 상기의 전압검출수단과 전압용필터부에 의해 검출된 전압성분과 비교 연산하여 50Hz 또는 60Hz의 상용주파수성분의 전압에 대한 누설전류성분(I60) 또는 절연저항(R)으로 환산하는 것을 특징으로 한다.

도 12와 도 10에 의거하여, 상용주파수성분의 전압에 대한 누설전류성분 (I60) 또는 절연저항(R)으로 환산하는 과정을 설명한다.

절연감시장치(30)의 기억부(363)에 저장된 주요 흐름에서 키패드나 스위치와 같은 부품으로 절연감시장치(30)에서 사용되어지는 각종 Data 예를 들면 복수개의 절연감시장치(30)가 설치되어 있는 경우에 각 절연감시장치(30)별 번호Address, 경보설정치, 각 구성요소별 증폭률 등과 같은 Data를 설정할 수 있는 기능을 가진 입력부(361)에서의 도 11의 각종 데이터설정(100)이 실행된다.

다음에 상기의 입력부(361)에 의해 설정되어진 각종 Data 또는 기억부(363)에 미리 저장되어 진 각종 Data 또는 외부 원격지에서 통신부(38)를 통해 입력되어지는 각종 Data를 읽는 각종 데이터읽음(110)의 동작이 실행된다.

다음에 Va, fa, Ia, Ib읽음&저장(120)이 실행되면, 영상변류기(10)에서 검출된 누설전류(Io)와 전압검출수단(12, 13)에서 검출된 전압성분이 절연감시장치(30)로 입력된다. 상기의 전압검출수단(12, 13)에서 검출된 전압성분은 전압검출부(311)에서 저항이나 콘덴서 또는 트랜스를 사용하여 절연감시장치(30)에서 사용가능한 전압으로 분할되어 Va1값으로 출력된다.

상기 Va1전압성분은 VVVF(8)에서 발생하는 여러 가지 주파수가 혼합된 성분이므로 전압필터부(312)에서 상용주파수 성분보다 높은 주파수를 제거하거나 또는 VVVF(8)의 주파수제어범위내의 주파수대역만 추출한 전압성분(Va2)을 제로크로스부(34) 및 아날로그/디지털변환부(32)로 출력한다.

상기 아날로그/디지털변환부(32)로 입력된 전압성분(Va2)값을 디지털값으로 변환하여 연산제어부(35)에서 읽고 기억부(363)에 저장한다. 또한 상기의 전압필터 부(311)에서 추출한 전압성분(Va2)의 교류성분은 제로크로스부(341)에서 제로점을 비교하여 제로점보다 크면 High의 디지털값으로 제로점보다 작으면 Low의 디지털값으로 변환하여 카운터부(342)에서 주파수를 검출한다. 상기의 카운터부(342)에서 검출된 주파수(fa)를 연산제어부(35)로 출력시켜 연산제어부(35)에서 전선로(11)의 주파수(fa)를 읽고 기억부(363)에 저장한다. 앞에서 설명한 바와 같이, 영상변류기(10)를 통해 검출된 누설전류성분(Io)은 전류를 전압으로 변환하는 전류/전압변환부(331)에서 전압성분으로 변환되어지고 증폭부(333)에서 증폭되어진 누설전류성분(Ia)을 전류용필터부(332) 및 아날로그/디지털변환부(32)로 출력한다.

상기 아날로그/디지털변환부(32)로 입력된 누설전류성분(Ia)값을 디지털값으로 변환하여 연산제어부(35)에서 읽고 기억부(363)에 저장한다. 또한 상기의 증폭부(333)에서 증폭한 누설전류성분(Ia)은 전류용필터부(332)에서 상용주파수성분보다 높은 주파수를 제거하거나 또는 VVVF(8)의 주파수제어범위내의 주파수대역만 추출한 누설전류성분(Ib)을 아날로그/디지털변환부(32)로 출력한다.

상기 아날로그/디지털변환부(32)에 입력된 누설전류성분(Ib)값을 디지털값으로 변환하여 연산제어부(35)에서 읽고 기억부(363)에 저장한다.

다음에 도 12의 계산&표시(130)가 실행되면 다음과 같이 계산되고 다음 계산식에 사용되는 증폭율 또는 이득(gain)에 대한 상수 대한 정의는 다음과 같고, 이 값들은 상기 입력부(361)에서 설정되거나 또는 미리 상기 기억부(363)에 저장된 값들이다.

A1: 전압검출부(311)의 증폭관련 계수

A2: 전압용필터부(332)의 증폭관련 계수

B1: 영상변류기(10)의 1차/2차권수비율에 관한 증폭관련 계수

B2: 전류/전압변환부(311)의 증폭관련 계수

B3: 증폭부(333)의 증폭관련 계수

B4: 전류용필터부(332)의 증폭관련 계수

Io: VVVF(8)의 운전조건에서의 대지로 흐르는 누설전류

Vf: VVVF(8)의 운전조건에서의 대지간 상전압

V60 : 상용주파수(50Hz 또는 60Hz)의 상전압

그리고 아날로그/디지털변환부(32)변환관련 증폭계수는 1로 한다.

현재 VVVF(8)의 운전조건에서 전선로(11)대지간에 흐르는 누설전류(Io) 및 전선로(11)와 대지간의 상전압(Vf)은 다음 식 4과 같이 계산할 수 있다.

상기의 식4의 현재 VVVF(8)의 운전조건에서 전선로(11)와 대지간에 흐르는 누설전류(Io) 및 전선로(11)와 대지간의 상전압을 사용하여 변압기(1)에서 공급되는 60Hz의 상전압으로 환산한 누설전류(I60)는 다음 식 5와 같이 계산할 수 있다.
여기서 Va2는 전압검출부(311)에 입력되는 전압이 선간전압인 경우의 전압필터부(312)의 출력값이다.

상기의 식4와 식5에서 계산된 누설전류 및 상전압을 사용하여 전선로(11)와 대지간에 존재하는 절연저항(9)의 값을 다음 식 6과 같이 계산할 수 있다.

또는

상기에서 설명한 수학식4~수학식6과 같이 VVVF(8)의 운전조건이 변화하여도 변압기(1)에서 공급되는 전압에 대한 누설전류값을 정확하게 검출할 수 있고 누설전류 Data를 FND 또는 LCD와 같은 종류의 표시수단에 나타내거나 LED 또는 부저와 같은 표시수단에 출력하는 표시부(362)에 누설전류값이나 상태를 나타낼 수 있다. 또한 상기에서와 같이 실제 전선로(11) 또는 전선로(3)와 대지간의 전압에 의한 절연저항(R)값도 자동적으로 계산되어질 수 있고, 상기의 표시부(53)에 표시할 수 있다.

또한 스위치나 키패드와 같은 종류의 수단을 이용하여 각종 data를 입력하거나 선택할 수 있는 기능을 가진 입력부(361)를 사용하여 상기의 각종 누설전류성분 및 절연저항치를 선택적으로 표시부(362)에 표시하거나, 상기의 입력부(361)에서 입력한 경보레벨 또는 상기의 기억부(363)에 기억된 경보레벨과 비교하는 방법을 통해 경보레벨보다 크거나(누설전류) 또는 작으면(절연저항) 표시부(362)에 경보상태를 표시할 수 있고, 상기의 기억부(363)에 저장된 fa값을 사용하여 현재 VVVF(8)의 운전주파수도 표시부(362)에 표시할 수 있고, 또는 통신부(38)를 통해 상기에서 계산된 각종 Data나 경보알람을 출력시킬 수 있다.

앞에서 설명한 본 발명의 제2실시예인 도 10의 절연감시장치(30)의 구성이 영상변류기(10)를 통하여 누설전류성분을 검출하여 상기의 누설전류성분을 전류/전압변환부(331)에서 전압성분으로 변환하고, 상기의 전압성분으로 변환된 값을 증폭부(333)를 통하여 증폭시키고 이 증폭된 값을 전류용필터부(332)에서 필터링하는 순서로 구성되나, 절연감시장치(30)의 제 1실시예인 도 8에서는 영상변류기(10)를 통하여 누설전류성분을 검출하고 이 값을 전류/전압변환부(331)에서 전압성분으로 변환한 후 먼저 전류용필터부(332)에서 필터링한 후 증폭부(333)에서 증폭하는 순서로 구성되는 차이가 있다.

본 발명의 실시예에서는 전압성분을 검출하기 위해 전선로(11)에 전압검출부(331)를 절연감시장치(30)내부구성으로 이루어져 있으나 전압검출부(331)의 기능을 가진 부분을 절연감시장치(30)의 외부에 구성하는 실시예도 있을 수 있다. 누설전류를 검출하기 위해 전류/전압변환부(331)를 절연감시장치(30)의 내부구성으로 이루어져 있으나, 영상변류기(10)의 2차측에 저항과 같은 전자부품소자를 직접연결하 면 절연감시장치(30)의 전류/전압변환부(331)의 기능을 가진 부분을 절연감시장치(331)의 외부에 구성하는 실시예도 있을 수 있다. 전류/전압변환부(331)의 기능을 가진 증폭부(333)를 구성하는 실시예도 있을 수 있는 등의 본 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 여러 가지로 본 발명에 관련된 업무에 종사하고 있는 기술자라면 쉽게 응용할 수 있음은 명백하다.

본 발명에 의하면, 모터와 같은 부하를 제어하는 전력설비에 있어서, 부하를 포함한 전선로의 절연상태를 VVVF의 운전조건에 관계없이 변압기에서 공급되는 전압에 대한 누설전류 또는 절연저항치를 정확하게 검출할 수 있다.

또한 부가적으로 입력부에서 입력한 경보레벨 또는 기억부에 기억된 경보레벨과 비교하는 방법을 통해 표시부에 경보상태를 표시하거나, 원격지에 있는 원격제어장치와 통신 또는 제어할 수 있는 기능을 가진 통신부를 통해 원격지로 검출된 각종 Data 또는 경보상태를 원격 감시할 수 있다.

Claims

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전압과 주파수를 제어하는 기능을 가진 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)에 의해 구동되는 모터등의 부하회로의 절연상태를 감시하는 장치에 있어서,

모터등의 부하에 공급되는 전압성분을 검출하여 일정한 크기로 변환하는 전압검출부와; 상기 전압검출부에서 추출된 전압성분의 제로점을 비교하여 검출하는 기능을 가진 제로크로스부와, 상기의 제로크로스부에서 검출된 성분의 주파수를 검출하기 위한 카운터부와;

모터등의 부하에 공급되는 전선로의 누설전류를 검출하기 위한 영상변류기와, 상기의 영상변류기에서 검출된 누설전류성분을 전압성분으로 변환하기 위한 전류/전압변환부와, 상기 전류/전압변환부에서 변환된 누설전류성분을 증폭하기 위한 증폭부와, 상기 증폭부에서 증폭된 누설전류성분에서 일정한 주파수이상의 주파수성분을 제거 또는 일정한 주파수대역의 주파수성분만 추출하기 위한 전류필터부로 구성되는 전류검출부와;

상기 전압검출부의 출력값과 상기 증폭부의 출력값의 아날로그성분을 디지털성분으로 변환하기 아날로그/디지털변환부와; 각종 데이터를 읽고 출력시키고 연산과 제어기능을 가진 연산제어부와; 각종 데이터를 입력하고 표시하거나 알람 표시할 수 있는 기능을 가진 입출력부를 포함하여 구성하고, 상기 영상변류기와 전류/전압변환부와 증폭부와 전류용필터부에 의해 검출된 누설전류성분을 상기의 전압검출수단과 전압용필터부에 의해 검출된 전압성분과 비교 연산하여 50Hz 또는 60Hz의 상용주파수성분의 전압에 대한 누설전류성분 또는 절연저항으로 환산하는 것을 특징으로 하는 절연감시시스템.
제3항에 있어서, 상기 상용주파수성분의 전압에 대한 누설전류성분(I 60) 또는 절연저항(R)으로 환산하는 공식은 다음의 수학식으로 계산하는 것을 특징으로 하는 절연감시시스템.

또는
또는

여기서,

,
또는

단, A1 : 전압검출부의 증폭관련 계수, A2 : 전압용필터부의 증폭관련 계수

B1 : 영상변류기의 1차/2차권수비율에 관한 증폭관련 계수

B2 : 전류/전압변환부의 증폭관련 계수, B3 : 증폭부의 증폭관련 계수

B4 : 전류용필터부의 증폭관련 계수

Io : VVVF((Variable Voltage Variable Frequency)의 운전조건에서의 대지로 흐르는 누설전류

Vf : VVVF의 운전조건에서의 대지간 상전압

V60 : 상용주파수(50Hz 또는 60Hz)의 상전압

I60 : 누설전류(Io)를 상용주파수(50Hz 또는 60Hz)의 상전압으로 환산한 누설 전류값

Va2 : 전압검출부(311)에 입력되는 전압이 선간전압인 경우의 전압필터부(312)의 출력값

Va4 : 전압검출부(311)에 입력되는 전압이 상전압인 경우의 전압필터부(312)의 출력값
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