KR101157189B1 - 휴대용 직류접지검출장치 및 직류접지검출방법 - Google Patents

Abstract

발전소 등의 직류전선로의 접지사고에 대하여 접지 여부를 검출할 수 있는 휴대용 직류접지검출장치 및 직류접지검출방법이 제안된다. 제안된 휴대용 직류접지검출장치 및 방법은 직류전선로에 공급되는 신호전류를 발생시키는 신호발생부, 직류전선로에 공급된 신호전류에 의하여 직류전선로에 흐르는 전류를 검출하는 신호검출부 및 검출된 전류를 표시하는 표시부를 포함한다.

직류, 접지, 검출, 휴대용

Description

휴대용 직류접지검출장치 및 직류접지검출방법{Portable Direct Current Ground Detecting Apparatus and Detecting Method using the same}

본 발명은 휴대용 직류접지검출장치 및 직류접지검출방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 직류전선로의 접지사고와 관련하여 사고 발생지점에서 직접 접지여부의 확인이 가능한 휴대용 직류접지검출장치 및 직류접지검출방법에 관한 것이다.

일반적으로, 발전소나 변전소의 제어회로 등은 그 구동을 위해 직류전원 공급 선로를 통해 직류전원을 공급받고 있으며, 이러한 직류전선로는 전류가 통하는 전로와 이것을 외부 또는 대지와 절연하기 위한 절연물로 구성된다. 절연물은 설치된 장소의 온도, 습도 및 먼지 등에 의한 표면 오손상태, 외부 기계적 충격에 의해 성능이 저하되며, 흡습이나 절연물 내부의 보이드에 의한 크랙, 경년에 의한 자연열화 등에 의해 절연열화가 발생한다. 이와 같은 원인으로 직류전선로는 간헐적으로 지락이 발생한다. +측과 -측 선로가 동시에 지락되는 경우 등에 있어서 발전설 비가 불시에 정지사고를 일으키는 문제가 있어 접지사고 발생시 운용자가 적절한 대처를 할 수 있도록 하는 직류접지검출장치가 사용되고 있다.

종래의 접지점 검출방법은 전류만을 측정하여 측정된 전류 크기로 사고지점을 측정하였으나, 접지저항이 큰 경우 직류전선로의 정전용량의 영향으로 정확한 검출이 어려운 문제점이 있었다. 또한, 접지검출 신호가 송출되고 상기 송출된 검출신호를 소정의 각 부하마다 혹은 각 회선별로 장치된 검출센서에서 감지하여 운용자가 상주하는 운영실 등과 같은 원격의 장소에 설치된 접지검출장치로 전송하는 것이 일반적이므로 현장에서 접지사고를 간단하고 신속하게 판단하기가 용이하지 않은 문제점이 있었다.

따라서, 직류전선로의 접지여부를 정확하게 검출하고 현장에서 간단하고 신속하게 판단하기 위한 접지검출장치에 대한 기술개발이 요청된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 전류가 검출되기 어려운 상황에서도 정확한 접지여부 판단이 가능하고 현장에서 간단하게 접지여부를 판단하는 자료를 제공할 수 있는 휴대용 직류접지검출장치 및 직류접지검출방법을 제공하는데 있다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 직류전선로에 공급되는 신호전류를 발생시키는 신호발생부, 직류전선로에 공급된 신호전류에 의하여 직류전선로에 흐르는 전류를 검출하는 신호검출부 및 검출된 전류를 표시하는 표시부를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

본 발명은 신호검출부는 직류전선로에 공급된 신호전류에 의하여 직류전선로에 나타나는 전압을 검출하는 것을 일 특징으로 한다.

본 발명은 검출된 전류 및 전압으로부터 직류전선로의 정전용량 및 접지저항을 산출하는 제어부를 더 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

본 발명은 표시부는 전류, 전압, 정전용량 및 접지저항 중 적어도 어느 하나를 표시하는 것을 일 특징으로 한다.

본 발명은 전원을 공급하는 전원공급부를 더 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

본 발명은 신호발생부는 신호전류의 주파수를 제어하는 DSP(Digital Signal Processor)를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

본 발명은 신호검출부는 직류전선로에 흐르는 전류를 디지털 신호로 전환하는 DSP를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

본 발명은 신호검출부는 직류전선로의 전류를 검출하는 클램프 형태의 무접촉식 미소전류 감지기를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

본 발명은 표시부 및 제어부는 휴대용 컴퓨터인 것을 일 특징으로 한다.

본 발명은 신호발생부를 신호검출부 및 표시부와 분리하는 것을 일 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 직류전선로의 접지를 검출하는 방법에 있어서, 직류전선로에 공급되는 신호전류를 발생시키는 신호전류발생단계, 신호전류에 의하여 직류전선로에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출단계, 전류를 표시하는 표시단계 및 표시된 전류를 기초로 직류전선로의 접지여부 및 접지상태를 판단하는 접지판단단계를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.

본 발명은 직류전선로에 공급된 신호전류에 의하여 직류전선로에 나타나는 전압을 검출하는 전압검출단계를 더 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

본 발명은 검출된 전류 및 전압으로부터 직류전선로의 정전용량 및 접지저항을 산출하는 산출단계를 더 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

본 발명은 표시단계는 전류, 전압, 정전용량 및 접지저항 중 적어도 어느 하나를 표시하는 것을 일 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 휴대가 가능한 직류접지검출장치에 의해 현장에서 직접적이고 간편하게 접지여부 및 접지상태를 판단할 수 있으며, 전류와 더불어 전압을 측정하여 이를 이용하여 접지저항과 정전용량을 연산하여 정확한 접지여부 판단이 가능하게 되는 효과가 있다. 또한, 직류선로의 전류, 전압, 접지저항 및 정전용량을 디지털 값으로 나타내어 데이터의 이력관리 및 보고서 작성시 유용한 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

도 1a은 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 직류접지검출장치의 구성도이다.휴대용 직류접지검출장치는 직류전선로에 공급되는 신호전류를 발생시키는 신호발생부(100), 직류전선로에 공급된 신호전류에 의하여 직류전선로에 흐르는 전류를 검출하는 신호검출부(200) 및 검출된 전류를 표시하는 표시부(300)를 포함한다.

휴대용 직류접지검출장치의 신호발생부(100)는 직류전선로의 직류전원에 영 향을 미치지 않기 위하여 순수 정형파로 신호전류를 발생시켜야 하며, 바람직하게는 직류모선의 정전용량, 교류회로의 유도잡음 등을 고려하여 상용주파수 이하인 32Hz로 신호전류를 발생시켜 인가한다. 직류전선로에 주는 영향을 최소화하기 위하여 바람직하게는 신호전류의 크기는 20mA 이하로 조정하며 따라서 일반적으로 선로 임피던스가 1KΩ 정도이므로 20V 정도의 전압이 요구된다. 또한 출력전압의 크기를 변화시키는 가변 기능도 구비할 수 있다.

휴대용 직류접지검출장치의 신호검출부(200)는 신호발생부(100)가 발생시켜 직류전선로에 인가한 신호전류에 의해 흐르는 전류를 검출한다. 일반적으로 직류전선로에 신호전류를 공급함으로써 직류전선로에 미치는 영향을 줄이기 위해 신호발생부(100)에서 공급되는 신호전류의 크기는 제한되어야 하나, 발전소의 직류전선로에는 다양한 원인에 의한 노이즈가 존재할 수 있으므로 미소전류에 해당되는 신호전류를 검출하기 위하여 신호전류의 주파수에 해당되는 주파수를 갖는 전류와 전압만을 검출하여 노이즈에 의한 간섭을 제거하는 것이 필요하며 바람직하게는 클램프 형태의 무접촉식 미소전류 감지기를 사용하여 전류를 검출한다. 신호검출부에 포함된 DSP(Digital Signal Processor)는 검출된 전류를 디지털 신호로 전환하여 표시부(300)로 보내준다.

휴대용 직류접지검출장치의 표시부(300)의 경우 디지털 신호로 전환된 전류에 대해 수치 및 파형을 디스플레이하며, 사용자는 표시된 전류의 수치 및 파형을 기초로 접지여부를 판단할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 의하면 도1b에서 도시된 바와 같이 휴대용 직류접지검출장치는 제어부(400)를 더 포함할 수 있다. 이 경우 신호검출부(200)는 신호전류에 의해 흐르는 전류와 더불어 신호전류의 인가로 나타나는 전압을 측정하여 검출된 전류 및 전압을 디지털 신호로 전환하여 표시부(300) 및 제어부(400)로 보내준다.

제어부(400)에서는 도 5에 나타낸 것과 같이 직류전선로를 정전용량(700)과 접지저항(750)이 병렬로 구성된 등가회로로 간주하고 검출된 전압과 전류의 크기 및 위상차로부터 정전용량(700)과 접지저항(750)을 연산한다. 만약 전압 및 전류의 측정 위상이 범위를 벗어난 경우 (-180도 역접속)에는 위상 보정하여 정전용량(700)과 접지저항(750)을 연산한다. 연산된 정전용량과 접지저항의 값은 표시부(300)로 보내진다.

표시부(300)에서는 보내진 전류의 수치 및 파형, 전압의 수치 및 파형, 정전용량 수치, 접지저항 수치 중 사용자가 선택하는 항목에 대하여 디스플레이하며, 사용자는 표시된 사항을 기초로 접지여부 및 접지상태를 판단한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 직류접지검출장치는 사용자가 휴대하고 현장에서 직접 접지여부의 판단이 가능하도록, 현장 사용을 전제로 한 장비로서 독자적인 전원공급부(500)를 포함하며 전원은 배터리에 의한 동작이 바람직하다. 바람직하게는 전원장치는 리튬이온 14.8V 2400mA 전지로부터 회로의 동작전원 +15V 및 -15V를 얻는다. 전지의 충전은 외부에서 이루어지며 최소전압 12.0V에 도달하면 자동으로 전원이 차단되도록 구성된다. 또한 12.5V에서 계속하여 부저에 의한 충전경고 표시를 수반한다. 또한, 리튬이온 배터리는 과방전시 수명의 급격한 감소를 일으키므로 12V 이하에서는 사용을 중지하는 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 직류접지검출장치의 직류전선로에의 연결을 도시한 것이다. 발전소 등의 직류전선로에서는 접지사고 등을 방지하기 위해 접지고장검출기(50)를 설치한다. 접지고장검출기는 교류용과 직류용이 있으며 교류용은 영상변류기를 이용하여 누설전류를 측정한다. 직류용은 +와 -단자에 저항을 연결하고 중성점에 접지계전기를 설치하여 검출한다. 본 발명의 휴대용 직류접지검출장치는 신호발생부(100)의 경우 신호발생부(100)의 단자(160) 중 하나를 그라운드(ground)에, 나머지 하나를 직류전선로에 연결하는 방식으로 연결하여 발생시킨 신호전류를 직류전선로에 공급하고, 신호검출부(200)의 경우 클램프 형태의 무접촉식 미소전류 감지기(260)로 직류전선로의 전류를 측정하며, 신호검출부(200)의 단자(265) 중 하나를 그라운드에, 나머지 하나를 직류전선로에 연결하는 방식으로 연결하여 그라운드와 직류전선로의 연결된 부분간의 전압을 측정한다.

본 발명의 일실시예에 따른 신호발생부(100)의 구성도는 도 3에 도시되어 있다. 신호발생부(100)는 DSP(140)를 포함하고 있으며, DSP(140)는 출력되는 신호전류의 주파수를 제어하며, 표시부를 통하여 출력전압의 수치 및 출력되는 신호전류의 수치를 실시간으로 표시한다. 바람직하게는 신호전류는 1주기를 256 등분한 Table을 이용하여 122us 마다 DAC(Digital Analog Converter)(110)로 출력하여 얻어진다. DAC는 SPI(Serial Peripheral interface)접속으로 DSP(140)에 의해 제어되며, 제어된 신호전류는 디지털 볼륨(120)에서 크기가 조절되며, 출력을 위하여 전력증폭기(130)에서 증폭되어 직류전선로에 공급되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시예에 따른 신호검출부(200)의 구성도는 도 4에 도시되어 있다. 직류 전선로에서 측정되는 전류는 매우 미소한 값으로 많은 잡음이 포함된 경우가 많다. 이러한 미소한 값을 계측하기 위해 신호검출부(200)에는 수개의 대역통과필터(210, 220)가 설치된다. 전류는 일차적으로 클램프 형태의 무접촉식 미소전류 감지기(260)에서 신호를 증폭하고 출력하여 미소전류에 대한 외부 간섭을 배제한다. 측정된 출력신호는 신호검출부(200)의 초단 BPF(양호도(Q, Quality Factor)=3)(210)에서 큰 노이즈를 제거한 후, 디지털 볼륨(215)에서 다음단의 BPF(Q=5.5)(220) 처리를 위해 적절한 크기로 제한시킨다. 안정된 특성의 BPF 특성을 얻기 위해 2차 BPF(220)는 state variable filter를 채용하며 신호전류의 주파수와 동일한 주파수를 갖는 입력에 대해 최대 출력이 되도록 조정하는 것이 바람직하다. 전압은 접지단 전위의 간섭을 줄이기 위해 차동증폭기(235)에서 (+)(-) 두 단자를 차동증폭한 후 BPF(Q=3)(240), 디지털 볼륨(245), BPF(Q=5.5)(250)에서 전류와 동일한 과정을 거친다. 전압, 전류에 적용된 BPF는 동일한 특성으로 구성하여 두 신호의 group delay를 동일하게 처리하는 것이 바람직하다. 처리된 전류 및 전압은 DSP(225)에 의해 디지털신호로 전환되어 제어부(400)에 전달된다.

도 6a은 본 발명의 휴대용 직류접지검출장치를 이용한 접지검출방법의 순서도이다. 휴대용 직류접지검출방법은 직류전선로에 공급되는 신호전류를 발생시키는 신호전류발생단계(S610), 신호전류에 의하여 직류전선로에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출단계(S620), 전류를 표시하는 표시단계(S650) 및 표시된 전류를 기초로 직류전선로의 접지여부 및 접지상태를 판단하는 접지판단단계(S660)로 구성된다.

신호전류발생단계(S610)에서는 신호발생부(100)에서 신호전류를 발생하여 직류전선로에 공급하며, 이 경우 신호전류는 직류전선로의 직류전원에 영향을 미치지 않기 위하여 순수 정형파로 발생시켜야 하며, 바람직하게는 직류모선의 정전용량, 교류회로의 유도잡음 등을 고려하여 상용주파수 이하인 32Hz로 신호전류를 발생시켜 인가한다.

전류검출단계(S620)에서는 휴대용 직류접지검출장치의 신호검출부(200)는 신호발생부(100)가 발생시켜 직류전선로에 인가한 신호전류에 의해 흐르는 전류를 검출한다. 바람직하게는 클램프 형태의 무접촉식 미소전류 감지기(260)를 사용하여 전류를 검출한다.

표시단계(S650)에서는 디지털 신호로 전환된 전류에 대해 수치 및 파형을 디스플레이하며, 접지판단단계(S660)에서 사용자는 표시된 전류의 수치 및 파형을 기초로 접지여부를 판단한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 의하면 도6b에서 도시된 바와 같이 휴대용 직류접지검출장치는 전압검출단계(S630) 및 산출단계(S640)를 더 포함할 수 있다. 전류검출단계(S620)에서 전류를 검출하고, 전압검출단계(S630)에서 신호전류의 인가로 나타나는 전압을 측정하여 검출된 전류 및 전압을 디지털 신호로 전환하여 표시부(300) 및 제어부(400)로 보낸다.

산출단계(S640)에서는 제어부(400)에서 도 5에 나타낸 것과 같이 직류전선로를 정전용량(700)과 접지저항(750)이 병렬로 구성된 등가회로로 간주하고 검출된 전압과 전류의 크기 및 위상차로부터 정전용량(700)과 접지저항(750)을 연산하여 산출해 낸다. 만약 전압 및 전류의 측정 위상이 범위를 벗어난 경우 (-180도 역접속)에는 위상 보정하여 정전용량(700)과 접지저항(750)을 산출하고 산출된 정전용량과 접지저항의 값을 표시부(300)로 보낸다.

표시단계(S650)에서는 검출된 전류의 수치와 파형 및 전압의 수치와 파형을 표시하며, 제어부에서 산출된 정전용량 수치 및 접지저항 수치를 표시한다.

접지판단단계(S660)에서는 표시부(300)에 표시되는 전류의 수치와 파형 및 전압의 수치 및 파형, 정전용량 수치, 접지저항 수치를 기초로 사용자는 접지여부 및 접지상태를 판단할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 직류접지검출장치의 사시도이다. 신호발생부(100)는 직류전선로에 연결하여 신호전류를 공급하기 위한 단자(160)를 갖고 있으며, LCD화면(170)에 출력되는 신호전류의 값이나 출력전압의 값을 나타낼 수 있다. 신호검출부(200)는 전류를 검출하기 위한 클램프 형태의 무접촉식 미소전류 감지기(260), 직류전선로의 전압을 측정하기 위한 단자(265)를 포함한다. 또한 신호검출부의 상부에는 표시부(300)를 결합시키며, 신호검출부 내부에 마이컴 등의 제어부(400)를 결합시킬 수 있다. 또한, 발명의 다른 일실시예에 따라서는 표시부(300)와 제어부(400)는 휴대용 컴퓨터로 구현할 수 있으며 이 경우에는 신호검출부(200)와 USB를 통하여 연결할 수 있다. 또한, 발명의 다른 일실시예에 따라서는 신호발생부(100)와 신호검출부(200)는 서로 분리가 가능(도 7b 참조)하며, 사용자는 직류전선로에 신호발생부(100)를 연결하여 신호전류를 직류전선로에 공급시킨 상태에서, 신호검출부(200)를 이동시키며 신호를 검출하여 직류전선로의 접지점을 찾을 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위에 의해 해석되어야 한다. 또한, 본 발명에 대하여 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

도 1a 및 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 직류접지검출장치의 구성도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 직류접지검출장치의 직류전선로에의 연결을 도시한 것이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 직류접지검출장치의 신호발생부의 구성도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 직류접지검출장치의 신호검출부의 구성도이다.

도 5는 직류전선로의 접지저항과 정전용량을 연산하기 위한 직류전선로의 등가회로도이다.

도 6a 및 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 직류접지검출장치를 이용한 접지검출방법의 순서도이다.

도 7a은 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 직류접지검출장치의 사시도이다.

도 7b은 본 발명의 일실시예에 따른 신호발생부(100)를 신호검출부(200)와 분리한 휴대용 직류접지검출장치의 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 신호발생부 200 신호검출부

300 표시부 400 제어부

500 전원공급부

Claims (14)

1. 직류전선로에 공급되는 순수 정형파의 신호전류를 발생시키는 신호발생부;

   상기 직류전선로에 공급된 상기 순수 정형파의 신호전류에 의하여 상기 직류전선로에 흐르는 전류를 검출하는 신호 검출부;

   상기 검출된 전류를 표시하는 표시부; 및

   상기 신호검출부에 결합되어 상기 직류전선로의 전류를 검출하는 클램프 형태의 무접촉식 미소전류 감지기를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 직류접지검출장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 신호검출부는 상기 직류전선로에 공급된 신호전류에 의하여 상기 직류전선로에 나타나는 전압을 검출하는 것을 특징으로 하는 휴대용 직류접지검출장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 검출된 전류 및 전압으로부터 상기 직류전선로의 정전용량 및 접지저항을 산출하는 제어부;

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 직류접지검출장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 표시부는 상기 신호검출부에 의해 검출된 전압, 상기 제어부에 의해 산출된 정전용량 및 접지저항 중 적어도 어느 하나를 표시하는 것을 특징으로 하는 휴대용 직류접지검출장치.
5. 제 1항에 있어서,

   전원을 공급하는 전원공급부;

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 직류접지검출장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 신호발생부는 상기 신호전류의 주파수를 제어하는 DSP(Digital Signal Processor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 직류접지검출장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 신호검출부는 상기 직류전선로에 흐르는 전류를 디지털 신호로 전환하는 DSP를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 직류접지검출장치.
8. 삭제
9. 제 4항에 있어서,

   상기 표시부 및 제어부는 휴대용 컴퓨터인 것을 특징으로 하는 휴대용 직류접지검출장치.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 신호발생부를 신호검출부 및 표시부와 분리하는 것을 특징으로 하는 휴대용 직류접지검출장치.
11. 직류전선로의 접지를 검출하는 방법에 있어서,

    상기 직류전선로에 공급되는 순수 정형파의 신호전류를 발생시키는 신호전류발생단계;

    상기 순수 정형파의 신호전류에 의하여 상기 직류전선로에 흐르는 전류를 클램프 형태의 무접촉식 미소전류 감지기로 검출하는 전류검출단계;

    상기 검출된 전류를 표시하는 표시단계; 및

    상기 표시된 전류를 기초로 상기 직류전선로의 접지여부 및 접지 상태를 판단하는 접지판단단계;

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 직류접지검출방법.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 직류전선로에 공급된 신호전류에 의하여 상기 직류전선로에 나타나는 전압을 검출하는 전압검출단계;

    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 직류접지검출방법.
13. 제 12항에 있어서,

    상기 검출된 전류 및 전압으로부터 상기 직류전선로의 정전용량 및 접지저항을 산출하는 산출단계;

    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 직류접지검출방법.
14. 제13항에 있어서,

    상기 표시단계는 상기 전압검출단계에 의해 검출된 전압, 상기 산출단계에 의해 산출된 정전용량 및 접지저항 중 적어도 어느 하나를 표시하는 것을 특징으로 하는 휴대용 직류접지검출방법.

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