KR101307312B1 - Apparatus of analyzing body current passing through capacitive leakage current path - Google Patents

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KR101307312B1
KR101307312B1 KR1020130093727A KR20130093727A KR101307312B1 KR 101307312 B1 KR101307312 B1 KR 101307312B1 KR 1020130093727 A KR1020130093727 A KR 1020130093727A KR 20130093727 A KR20130093727 A KR 20130093727A KR 101307312 B1 KR101307312 B1 KR 101307312B1
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김재현
임용배
김동우
이상익
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한국 전기안전공사
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Abstract

PURPOSE: A human body through-current analysis device using a human body capacitive leakage route of an electronic device is provided to estimate human body impedance phases based on a human body impedance model and data, thereby maximizing the monitoring of a current leakage. CONSTITUTION: A human body through-current analysis device using a human body capacitive leakage route of an electronic device includes a database (100), a human body phase estimating unit (200), a human body phase analysis unit (300), a capacitive leakage route analysis unit (400), and a through-current calculation unit (500). The database stores human body impedance data according to a human body impedance model. The human body phase estimating unit computes human body impedance phase estimation data by using skin capacitance estimation data. The human body phase analysis unit computes human body impedance per each contact voltage. The capacitive leakage route analysis unit computes the reactance of the capacitive leakage route in respect to the contact voltages. The through-current calculation unit computes the intensity and phases of a human body through-current in respect to the reactance of the capacitive leakage route. [Reference numerals] (100) Database; (200) Human body phase estimating unit; (210) Skin resistance estimation module; (220) Skin capacitance estimation module; (230) Human body impedance estimation module; (300) Human body phase analysis unit; (310) Phase analysis module; (320) Phase calculation module; (330) Size analysis module; (340) Size calculation module; (400) Capacitive leakage route analysis unit; (500) Through-current calculation unit

Description

전기기기의 용량성 누설경로를 통한 인체 통전전류분석장치{Apparatus of analyzing body current passing through capacitive leakage current path}Apparatus of analyzing body current passing through capacitive leakage current path}

본 발명은 전기기기의 용량성 누설경로를 통한 인체 통전전류분석장치에 관한 것으로서, 특히 용량성 누설경로를 통하여 인체가 상용전원과 대지 사이에 통전되는 경우 용량성 누설경로의 리액턴스를 고려하여 통전전류의 크기와 위상을 분석하기 위한 전기기기의 용량성 누설경로를 통한 인체 통전전류분석장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a human body conduction current analysis device through a capacitive leakage path of the electric device, in particular, when the human body is energized between the commercial power supply and the ground through the capacitive leakage path, the current carrying current in consideration of the reactance of the capacitive leakage path The present invention relates to a human current carrying apparatus through a capacitive leakage path of an electrical device for analyzing the magnitude and phase of the circuit.

종래, 공개특허 제2011-0032871호, "누전 차단장치"외에 다수 출원 및 공개된 바 있다. In the past, a number of applications and publications have been published in addition to Korean Patent Publication No. 2011-0032871, "Earth Leakage Blocking Device."

종래기술에 의하면, 내부에 전원을 제공하는 전원부를 포함하는 누전 차단장치에 있어서, 배전선로에 발생한 서지전류 및 누설전류를 검출하기 위한 영상변류기(ZCT); 상기 서지전류 또는 누설전류에 의해 상기 영상변류기의 2차 코일에 유기된 전압에 대응하는 신호를 출력하고 상기 누전 차단장치의 동작을 위한 동작신호가 수신되면 상기 누전 차단장치를 동작시키는 제어부; 및 상기 제어부로부터 출력되는 신호의 지속시간에 따라 서지전류 또는 누설전류의 발생 여부를 결정하여 누설전류 발생시에는 상기 누전 차단장치의 동작신호를 상기 제어부로 출력하는 서지보호부; 를 포함한다.According to the related art, an earth leakage circuit breaker including a power supply unit for supplying power therein, comprising: an image current transformer (ZCT) for detecting a surge current and a leakage current generated in a distribution line; A control unit which outputs a signal corresponding to the voltage induced in the secondary coil of the image current transformer by the surge current or the leakage current and operates the ground fault interrupting device when an operation signal for operating the ground fault breaking device is received; And a surge protection unit that determines whether a surge current or a leakage current is generated according to the duration of the signal output from the controller, and outputs an operation signal of the ground fault interrupting device to the controller when a leakage current is generated. .

누설전류는 전기기기 및 선로 등에서의 절연고장 뿐만 아니라, 노이즈 필터의 커패시터와 부유 정전용량 등에 의해서도 발생할 수있다. Leakage current can be caused not only by insulation failure in electric equipment and lines, but also by capacitors and stray capacitance of noise filters.

이런 누설전류는 경우에 따라, 감전사고와 전기화재 등의 사고원인이 될 수 있기 때문에 누전차단기를 설치하여 제한하고 있다.Such leakage current is limited by installing an earth leakage breaker because it may cause an electric shock accident and an accident such as an electric fire in some cases.

라인필터 등에는 전원노이즈 제거를 위하여 전원과 접지 사이에 바이패스 커패시터를 설치한다. In the line filter, a bypass capacitor is installed between the power supply and ground to eliminate power noise.

이런 커패시터를 통하여 전원에서 접지로 용량성 전류가 흐르고 누전차단기는 이 전류를 누전으로 오인한다. Through these capacitors, a capacitive current flows from the power supply to ground, and the circuit breaker misinterprets this current as a short circuit.

그러나 디지털 부하의 증가에 따라 전원 노이즈 제거용 커패시터의 적용이 급증하고 있어, 절연고장이 없는 상태에서도 용량성 누설전류가 크게 발생하여 원하지 않는 누전차단기 트립이 발생하기도 한다.
However, as the digital load increases, the application of the power supply noise removing capacitor is rapidly increasing, and even in the absence of insulation failure, a large capacitive leakage current occurs, causing an unwanted circuit breaker trip.

본 발명의 목적은 전술한 점을 감안하여 안출된 것으로, 전기재해 예방 기술로서의 누설전류 감시 기술의 유효성을 분석하기 위해 인체 임피던스 모델 및 데이터로부터 인체의 임피던스 위상을 추정하고 용량성 누설경로를 통한 인체 통전전류의 크기와 위상을 분석하기 위한 전기기기의 용량성 누설경로를 통한 인체 통전전류 분석장치를 제공함에 있다.
An object of the present invention has been made in view of the above-mentioned point, in order to analyze the effectiveness of the leakage current monitoring technology as an electrical disaster prevention technology to estimate the impedance phase of the human body from the human body impedance model and data, and the human body through the capacitive leakage path An object of the present invention is to provide a human body conduction current analysis device through a capacitive leakage path of an electric device for analyzing the magnitude and phase of the conduction current.

본 발명은 인체 임피던스 모델에 따른 인체 임피던스 데이터가 저장된 데이터베이스; 상기 인체 임피던스 데이터의 인체 임피던스 값에서 인체 내부저항을 차감하여 접촉전압에 따른 피부저항 추정치에 대한 피부저항 추정데이터를 산출하고, 상기 피부저항 추정데이터의 접촉전압별 피부 저항과 인체 내부저항을 이용하여 피부 커패시턴스 추정데이터를 산출하며, 상기 피부 커패시턴스 추정데이터를 이용하여 인체 임피던스위상 추정데이터를 산출하는 인체위상 추정부; 상기 데이터베이스의 인체 임피던스 데이터와 인체위상 추정부의 인체 임피던스위상 추정데이터를 이용하여 용량성 누설경로를 통해 인가되는 각 접촉전압별로 인체 임피던스를 산출하는 인체위상 분석부; 상기 인체위상 분석부의 각 접촉전압별 인체 임피던스를 이용하여 인체에 작용하는 접촉전압에 대한 용량성 누설경로의 리액턴스를 산출하는 용량성 누설경로 분석부; 및 상기 용량성 누설경로의 리액턴스에 대한 인체 통전전류의 크기와 위상을 산출하는 통전전류 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention provides a database for storing human body impedance data according to a human body impedance model; The skin resistance estimation data for the skin resistance estimation value according to the contact voltage is calculated by subtracting the human body internal resistance from the human body impedance value of the human body impedance data, and using the skin resistance and the human body internal resistance for each contact voltage of the skin resistance estimation data. A human phase estimator for calculating skin capacitance estimation data and calculating human body impedance phase estimation data using the skin capacitance estimation data; A human body phase analysis unit calculating a human body impedance for each contact voltage applied through the capacitive leakage path using the human body impedance data of the database and the human body impedance phase estimation data of the human body phase estimation unit; A capacitive leak path analyzer for calculating a reactance of a capacitive leak path to a contact voltage acting on the human body using the human body impedance of each contact voltage of the human phase analyzer; And a conduction current calculator for calculating a magnitude and a phase of the human conduction current with respect to the reactance of the capacitive leakage path.

바람직하게 인체위상 추정부는, 데이터베이스의 인체 임피던스 데이터를 불러들이고, 상기 인체 임피던스 데이터 중, 접촉전압별 DC 임피던스 값에서 인체 내부저항을 차감하여, 접촉전압(V)에 따른 피부저항 추정치(Ω)에 대한 피부저항 추정데이터를 산출하는 피부저항 추정모듈; 상기 인체 임피던스 데이터 중, 각 접촉전압별 60Hz 전원에 대한 인체 임피던스 값을 이용하여 R1과 R2에 각각 피부저항 추정데이터의 접촉전압별 피부 저항과 인체 내부저항을 인체 임피던스식(수학식 2)에 대입한 후, 피부 리액턴스 값(1/jωC1)을 반복 계산하여 피부 커패시턴스 추정데이터를 산출하는 피부 커패시턴스 추정모듈; 및 상기 피부 커패시턴스 추정데이터를 피부 임피던스식(수학식 3)에 대입하여 인체 임피던스위상 추정데이터를 산출하는 인체 임피던스 추정모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the human body phase estimating unit reads human body impedance data from a database, subtracts internal human body resistance from DC impedance values for each of the contact voltages among the human body impedance data, and applies the skin resistance estimate value (Ω) according to the contact voltage (V). A skin resistance estimation module for calculating skin resistance estimation data for the skin; Among the human body impedance data, the skin resistance and body internal resistance of the contact voltage of the skin resistance estimation data of R 1 and R 2 are respectively calculated using the human body impedance value of the 60 Hz power source for each contact voltage. A skin capacitance estimating module for repeatedly calculating the skin reactance value (1 / jωC 1 ) and calculating skin capacitance estimation data after substitution into; And a human impedance estimation module which calculates human impedance phase estimation data by substituting the skin capacitance estimation data into a skin impedance equation (Equation 3).

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112013071648992-pat00001
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[수학식 3]&Quot; (3) "

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또한 바람직하게 인체위상 분석부는, 인체 임피던스위상 추정데이터와 접촉전압과의 상관 관계를 분석하는 위상 분석모듈; 상기 위상 분석모듈의 분석결과인 인체 임피던스위상 추정데이터와 접촉전압과의 관계식을 이용하여 인체 임피던스 위상을 산출하는 위상 산출모듈; 인체 임피던스 데이터와 접촉전압과의 상관 관계를 분석하는 크기 분석모듈; 및 상기 크기 분석모듈의 분석결과인 인체 임피던스 데이터와 접촉전압과의 관계식을 이용하여 인체 임피던스 크기를 산출하는 크기 산출모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the human body phase analysis unit, phase analysis module for analyzing the correlation between the human body impedance phase estimation data and the contact voltage; A phase calculation module configured to calculate a human impedance phase by using a relational expression between the human body impedance phase estimation data and the contact voltage, which are analysis results of the phase analysis module; A magnitude analysis module analyzing a correlation between the human impedance data and the contact voltage; And a size calculation module configured to calculate a size of the human impedance by using a relationship between the human body impedance data and the contact voltage, the analysis result of the size analysis module.

그리고 바람직하게 용량성 누설경로 분석부는, 용량성 누설경로를 통하여 인체가 통전될 때 인체에 인가되는 접촉전압 관계식(수학식7)과 통전경로의 전체 임피던스 관계식(수학식8)에 의해 용량성 누설경로의 리액턴스를 산출하는 것을 특징으로 한다.And preferably, the capacitive leakage path analysis unit, capacitive leakage by the contact voltage relation equation (Equation 7) applied to the human body when the human body is energized through the capacitive leakage path (Equation 7) and the total impedance relation equation (Equation 8) of the energization path The reactance of the path is calculated.

[수학식7]&Quot; (7) "

Figure 112013071648992-pat00003
Figure 112013071648992-pat00003

[수학식8]&Quot; (8) "

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상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전기재해 예방 기술로서의 누설전류 감시 기술의 유효성을 분석하기 위해, 인체 임피던스 모델 및 데이터로부터 인체의 임피던스 위상을 추정하고 용량성 누설경로를 통한 인체 통전전류의 크기와 위상을 분석할 수 있는 효과가 있다.
As described above, according to the present invention, in order to analyze the effectiveness of the leakage current monitoring technique as an electrical disaster prevention technique, the impedance phase of the human body is estimated from the human body impedance model and data, and the magnitude of the human current through the capacitive leakage path and There is an effect that can analyze the phase.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기기기의 용량성 누설경로를 통한 인체 통전전류분석장치의 전체 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기기기의 인체 임피던스 위상분석장치의 인체 임피던스 모델을 나타낸 도면이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 인체 임피던스 모델을 단순하게 표현한 도면이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 인체 임피던스 벡터도에 관한 도면이며,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 용량성 누설경로를 통한 통전 임피던스 모델에 관한 도면이다.1 is an overall configuration diagram of a human body conduction current analysis device through a capacitive leakage path of an electrical device according to an embodiment of the present invention,
2 is a view showing a human body impedance model of the human body impedance phase analyzer of the electrical apparatus according to an embodiment of the present invention,
3 is a view simply representing a human body impedance model according to an embodiment of the present invention,
4 is a diagram of a human body impedance vector diagram according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram of a conduction impedance model through a capacitive leakage path according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings attached hereto.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기기기의 용량성 누설경로를 통한 인체 통전전류분석장치의 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기기기의 인체 임피던스 위상분석장치의 인체 임피던스 모델을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 인체 임피던스 모델을 단순하게 표현한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 인체 임피던스 벡터도에 관한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 용량성 누설경로를 통한 통전 임피던스 모델에 관한 도면이다.1 is an overall configuration diagram of a human body conduction current analysis device through a capacitive leakage path of an electrical device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a human body impedance phase analysis device of the electrical device according to an embodiment of the present invention FIG. 3 is a diagram illustrating a human impedance model of FIG. 3, which illustrates a human impedance model according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram of a human impedance vector diagram according to an embodiment of the present invention. 5 is a diagram of a conduction impedance model through a capacitive leakage path according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전기기기의 용량성 누설경로를 통한 인체 통전전류분석장치는 데이터베이스(100), 인체위상 추정부(200), 인체위상 분석부(300), 용량성 누설경로 분석부(400), 통전전류 산출부(500)를 포함한다.As shown in FIG. 1, an apparatus for analyzing current through a human body through a capacitive leakage path of an electrical device according to an embodiment of the present invention includes a database 100, a human body phase estimation unit 200, and a human body phase analysis unit 300. ), The capacitive leakage path analyzer 400, and the energized current calculator 500.

데이터베이스(100)는 인체 임피던스 모델에 따른 인체 임피던스 데이터가 저장된 구성이다. The database 100 is a configuration in which the human body impedance data according to the human body impedance model is stored.

여기서, 인체 임피던스 모델은 도 2와 같이 인체 내부를 순수 저항(Ri)성분으로, 입,출력 접촉 부위는 각각 피부 저항(Rs)과 피부 커패시터(Cs)의 병렬 구성으로 모델링할 수 있다. Here, the human body impedance model may be modeled as a pure resistance (R i ) components inside the human body as shown in FIG. 2, and the input and output contact portions may have a parallel configuration of skin resistance (R s ) and skin capacitor (C s ), respectively. .

이때, 인체 내부에도 커패시턴스 성분이 존재하지만 작은 값이므로 일반적으로 생략하여 해석한다. 또한 피부저항과 피부커패시터의 병렬 RC회로와 인체 내부 저항 사이에는 피하조직의 저항 성분이 존재하지만 별도로 분리하여 고려하지 않고 인체 내부 저항에 포함하여 해석한다.At this time, a capacitance component is also present inside the human body, but is generally omitted because it is a small value. In addition, there is a resistance component of the subcutaneous tissue between the skin resistance and the parallel RC circuit of the skin capacitor and the internal resistance of the human body.

도 2의 인체 임피던스모델이 도 3의 모델보다는 실제 인체와 좀더 유사한 모델이나, 계산상의 복잡성으로 인해 도 3의 모델로 단순화하여 표현할 수 있다.The human body impedance model of FIG. 2 is more similar to the actual human body than the model of FIG. 3, but may be simplified and represented as the model of FIG. 3 due to computational complexity.

도 3의 C1 및 R1 값은 손-손 접촉모델(R1=2Rs, C1=Cs/2, R2=Ri), 양손-양발 접촉모델(R1=Rs, C1=Cs, R2=Ri), 손-엉덩이 접촉모델(R1=Rs, C1=Cs, R2=Ri) 등과 같이 접촉모델에 의존하며, R2값은 인체 내부저항값(Ri)으로 접촉모델과 상관없이 항상 동일하다.In FIG. 3, C 1 and R 1 values are hand-hand contact models (R 1 = 2R s , C 1 = C s / 2, R 2 = R i ), and two-handed contact models (R 1 = R s , C 1 = C s, R 2 = R i), hand-depends on the contact model, such as a butt contact model (R 1 = R s, C 1 = C s, R 2 = R i), R 2 value of the human body Resistance value (R i ) is always the same regardless of contact model.

피부 커패시턴스 값 Cs는 접촉면적에 따라 차이가 있다. 1cm2 면적당 피부 커패시턴스의 실험적인 값은 0.01 uF/cm2 에서 0.05 uF/cm2로 단위 접촉면적당 커패시턴스를 이용하여 계산하면, 접촉 면적이 각각 대(82cm2), 중(12.5cm2), 소(1cm2)일 때, 피부커패시턴스 Cs값의 범위는 다음의 식과 같다.The skin capacitance value C s depends on the contact area. The experimental value of skin capacitance per 1 cm 2 area is calculated from 0.01 uF / cm 2 to 0.05 uF / cm 2 using capacitance per unit contact area, where the contact areas are large (82 cm 2 ), medium (12.5 cm 2 ) and small When (1 cm 2 ), the value of skin capacitance C s is given by the following equation.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112013071648992-pat00005
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인체 임피던스의 전체 값은 접촉전압, 전원주파수, 접촉면적, 온도, 습기, 인체 통전 경로에 따라 다르다.The total value of the human body impedance depends on the contact voltage, power frequency, contact area, temperature, moisture, and the path of the human body.

다음의 표 1은 IEC 60479-5의 데이터를 정리한 것으로, AC 60㎐전원과 DC전원에서 접촉전압에 따른 인체임피던스 값이다. 표 1의 감전조건은 손-손 감전경로에 대하여, 접촉면적이 대(10,000 ㎠)일 경우이다.Table 1 below summarizes the data of IEC 60479-5 and shows the human impedance value according to the contact voltage in AC 60kV power and DC power. The electric shock condition of Table 1 is for the hand-hand electric shock path when the contact area is large (10,000 cm 2).

[표 1] (전체 인체 임피던스, 손-손 접촉모델, 접촉면적 10,000cm2, 건조)[Table 1] (Total human impedance, hand-hand contact model, contact area 10,000cm 2 , drying)

Figure 112013071648992-pat00006
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접촉전압이 높으면 피부조직이 파괴되어 인체 내부 저항성분만 나타나며, 접촉전압이 낮을수록 피부 임피던스가 크게된다. 표1로부터 접촉전압이 200 V 이상인 경우　AC 60 ㎐전원과 DC전원에 대한 인체 임피던스는 거의 차이가 없음을 알수있다. 즉, 피부 커패시턴스 영향이 매우 작아지게 된다. If the contact voltage is high, the skin tissue is destroyed and only the internal resistance components appear. The lower the contact voltage, the greater the skin impedance. It can be seen from Table 1 that there is almost no difference in human impedance between AC 60 VDC and DC power when the contact voltage is over 200 V. In other words, the effect of skin capacitance is very small.

따라서 상용전원(220 V, 60 ㎐)과 대지 사이에 인체가 직접 접촉되는 경우에는 인체는 거의 저항성분으로 해석할 수 있다.Therefore, when the human body is in direct contact between the commercial power supply (220 V, 60 kV) and the earth, the human body can be almost interpreted as a resistance component.

접촉전압 및 기타 조건별로 인체 임피던스 크기와 위상 데이터를 정확히 구하면 다양한 인체 감전전류에 대한 시뮬레이션이 가능하게 된다.
Accurately acquiring human impedance and phase data for different contact voltages and other conditions enables simulation of various human electrocution currents.

인체위상 추정부(200)는 인체 임피던스 데이터로부터 피부 저항과 피부 커패시턴스를 추정하여 이를 토대로 인체 임피던스 위상을 산출하는 구성이다. 이러한 기능을 수행하기 위한 인체위상 추정부는, 피부저항 추정모듈(210), 피부 커패시턴스 추정모듈(220), 인체 임피던스 추정모듈(230)을 포함한다.The human body phase estimator 200 is configured to estimate the skin resistance and the skin capacitance from the human body impedance data and calculate the human body impedance phase based on the human body phase estimation unit 200. The human body phase estimation unit for performing such a function includes a skin resistance estimation module 210, a skin capacitance estimation module 220, and a human body impedance estimation module 230.

피부저항 추정모듈(210)은, 인체 임피던스 위상을 추정하기 위해 먼저, 데이터베이스(100)의 인체 임피던스 데이터를 불러들이고, 표 1의 접촉전압별 50백분위 DC 임피던스 값에서 50백분위 인체 내부저항을 차감하여, 접촉전압(V)에 따른 피부저항 추정치(Ω)에 대한 피부저항 추정데이터를 산출한다.In order to estimate the human body impedance phase, the skin resistance estimation module 210 first loads the human body impedance data of the database 100 and subtracts the 50th percentile human body internal resistance from the 50th percentile DC impedance values for each contact voltage in Table 1. The skin resistance estimation data for the skin resistance estimation value (Ω) according to the contact voltage (V) is calculated.

도 3의 인체 임피던스 모델에 DC전압이 인가되면 피부 커패시터는 개방회로로 볼 수 있다. 따라서 표 1의 접촉전압별 DC 인체 임피던스 값에서 인체 내부 저항을 뺀 값을 피부 저항값으로 볼 수 있다.When a DC voltage is applied to the human impedance model of FIG. 3, the skin capacitor may be viewed as an open circuit. Therefore, the value obtained by subtracting the internal resistance of the human body from the DC human impedance value of each contact voltage of Table 1 may be regarded as a skin resistance value.

표 1의 접촉전압별 50백분위 DC임피던스 값에서 50백분위 인체 내부저항을 차감하여 계산한 피부저항 추정데이터는 다음의 표 2와 같다.The skin resistance estimation data calculated by subtracting the 50th percentile human body internal resistance from the 50th percentile DC impedance by contact voltage in Table 1 are shown in Table 2 below.

[표 2] 피부저항 추정(손-손 접촉모델, 접촉면적 10,000cm2, 건조)[Table 2] Estimation of skin resistance (hand-hand contact model, contact area 10,000cm 2 , drying)

Figure 112013071648992-pat00007
Figure 112013071648992-pat00007

피부 저항을 추정하는 방법과 유사한 방법으로 상용 주파수에서 피부 커패시턴스를 추정할 수도 있다.Similar to estimating skin resistance, skin capacitance can be estimated at commercial frequencies.

피부 커패시턴스 추정모듈(220)은, 데이터베이스의 인체 임피던스 데이터(표 1)에서, 각 접촉전압별 60Hz 전원에 대한 50백분위 인체 임피던스 값을 사용하여 R1과 R2에 각각 피부저항 추정데이터(표 2)의 접촉전압별 피부 저항과 50백분위 인체 내부저항을 다음의 인체 임피던스식(수학식 2)에 대입한 후, 피부 리액턴스 값(1/jωC1)을 반복 계산하여 피부 커패시턴스 추정데이터(표 3)를 산출한다.Skin capacitance estimation module 220, body-impedance data of the database (Table 1), the 50 percentile, respectively skin resistance estimation data in R 1 and R 2 with the body impedance of each contact voltage by 60Hz power (Table 2 Skin resistance and 50th percentile internal resistance of each contact voltage are assigned to the following human impedance equation (Equation 2), and the skin reactance value (1 / jωC 1 ) is repeatedly calculated to estimate skin capacitance data (Table 3). Calculate

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112013071648992-pat00008
Figure 112013071648992-pat00008

[표 3] 피부 커패시턴스 추정(손-손 접촉모델, 접촉면적 10,000cm2, 건조)Table 3 Skin capacitance estimation (hand-hand contact model, contact area 10,000 cm 2 , dry)

Figure 112013071648992-pat00009
Figure 112013071648992-pat00009

표 2와 표 3의 값은 피부 저항과 피부 리액턴스의 50백분위 값을 의미하는 것이 아니라, 피부 임피던스의 대략적으로 추정하여 인체 임피던스의 특성과 경향을 확인하기 위한 것이다.The values in Tables 2 and 3 do not mean the 50th percentile values of skin resistance and skin reactance, but are intended to determine the characteristics and trends of human impedance by roughly estimating skin impedance.

인체 임피던스 추정모듈(230)은, 표 3의 피부 커패시턴스 추정데이터를 피부 임피던스식(수학식 3)에 대입하여 인체 임피던스 위상을 계산하면 인체 임피던스위상 추정데이터가 표 4와 같이 산출된다.When the human body impedance estimation module 230 calculates the human body impedance phase by substituting the skin capacitance estimation data of Table 3 into the skin impedance equation (Equation 3), the human body impedance phase estimation data is calculated as shown in Table 4 below.

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112013071648992-pat00010
Figure 112013071648992-pat00010

[표 4][Table 4]

Figure 112013071648992-pat00011
Figure 112013071648992-pat00011

표 4는 인체 임피던스위상 추정데이터이다.(손-손 접촉모델, 접촉 면적 10,000cm2,건조)Table 4 shows estimated body impedance phase data (hand-hand contact model, contact area 10,000 cm 2 , dry).

표 4로부터 상용주파수에서 인체 임피던스 위상의 절대값은 접촉전압이 175V에서 25V로 낮아지면 증가하는 경향을 확인할 수 있다.
From Table 4, it can be seen that the absolute value of the human body impedance phase at the commercial frequency increases as the contact voltage decreases from 175V to 25V.

인체위상 분석부(300)는 데이터베이스의 인체 임피던스 데이터와 인체위상 추정부의 인체 임피던스위상 추정데이터를 이용하여 인체 임피던스위상 및 인체 임피던스 크기를 산출하는 구성이다. The human body phase analyzer 300 calculates the human body impedance phase and the human body impedance using the human body impedance data of the database and the human body body phase estimation data of the human body phase estimation unit.

이러한 기능을 수행하기 위한 인체위상 분석부는 위상 분석모듈(310), 위상 산출모듈(320), 크기 분석모듈(330), 크기 산출모듈(340)을 포함한다.An anatomical phase analysis unit for performing such a function includes a phase analysis module 310, a phase calculation module 320, a size analysis module 330, and a size calculation module 340.

위상 분석모듈(310)은, 인체 임피던스위상 추정데이터와 접촉전압과의 상관 관계를 분석하는 구성이다.The phase analysis module 310 is configured to analyze the correlation between the human body impedance phase estimation data and the contact voltage.

위상 산출모듈(320)은, 위상 분석모듈의 분석결과인 인체 임피던스위상 추정데이터와 접촉전압과의 관계식을 이용하여 인체 임피던스 위상을 산출하는 구성이다.The phase calculation module 320 calculates the human body impedance phase by using the relational expression between the human body impedance phase estimation data and the contact voltage as the analysis results of the phase analysis module.

크기 분석모듈(330)은, 인체 임피던스 데이터와 접촉전압과의 상관 관계를 분석하는 구성이다.The size analysis module 330 is configured to analyze the correlation between the human body impedance data and the contact voltage.

크기 산출모듈(340)은, 크기 분석모듈의 분석결과인 인체 임피던스 데이터와 접촉전압과의 관계식을 이용하여 인체 임피던스 크기를 산출하는 구성이다.The magnitude calculating module 340 is configured to calculate the magnitude of the human impedance using a relational expression between the human impedance data and the contact voltage, which are the analysis results of the magnitude analysis module.

인체 임피던스 데이터(표 1)의 인체 임피던스 50백분위 값과, 인체 임피던스 추정모듈에서 산출된 인체 임피던스위상 추정데이터(표 4)의 인체 임피던스 위상 추정치를 이용하여 인체 임피던스 크기와 인체 임피던스위상 추정데이터를 정리하면 표 5와 같다. The body impedance magnitude and the body impedance phase estimation data are summarized using the body impedance 50th percentile value of the body impedance data (Table 1) and the body impedance phase estimate of the body impedance phase estimation data (Table 4) calculated by the body impedance estimation module. Table 5 is as follows.

[표 5][Table 5]

Figure 112013071648992-pat00012
Figure 112013071648992-pat00012

표 5는 인체 임피던스 크기와 인체 임피던스위상 추정데이터이다.(손-손 접촉모델, 접촉면적 10,000cm2, 건조)Table 5 shows the estimated body impedance and body impedance phase data (hand-hand contact model, contact area 10,000 cm 2 , drying).

표 5의 값으로 95% 신뢰수준의 회귀분석을 실시하면 (수학식4)와 같은 인체 임피던스 위상과 접촉전압과의 관계식을 얻을 수 있다. By performing a 95% confidence level regression analysis using the values in Table 5, we can obtain the relationship between human body impedance phase and contact voltage as shown in (4).

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure 112013071648992-pat00013
Figure 112013071648992-pat00013

표 5의 인체 임피던스 위상 추정데이터와 수학식4에 의해 계산된 인체 임피던스의 위상을 비교하면 표 6과 같이 나타난다.Comparing the human body impedance phase estimation data of Table 5 with the phase of the human body impedance calculated by Equation 4 is shown in Table 6.

[표 6]TABLE 6

Figure 112013071648992-pat00014
Figure 112013071648992-pat00014

표 6은 인체 임피던스 위상과 접촉전압과의 관계식(수학식 4)에 의해 계산된 인체 임피던스 위상을 인체 임피던스위상 추정데이터와 비교한 것이다.Table 6 compares the human impedance phase calculated by the relationship between the human body impedance phase and the contact voltage (Equation 4) with the human body impedance phase estimation data.

수학식 4를 구하는 회귀분석에서 결정계수가 0.99512 이므로, 회귀식이 임피던스 위상 추정치와 접촉전압과의 관계를 잘 설명할 수 있음을 알 수 있다.Since the coefficient of determination is 0.99512 in the regression analysis to obtain Equation 4, it can be seen that the regression equation can explain the relationship between the impedance phase estimate and the contact voltage well.

또한 Y절편과 기울수기계의 P-값이 각각

Figure 112013071648992-pat00015
과
Figure 112013071648992-pat00016
으로 0.05 이하이므로 구해진 Y절편과 기울기계수는 유의한 값이다.
In addition, the Y-intercept and P-value of the gradient machine
Figure 112013071648992-pat00015
and
Figure 112013071648992-pat00016
Since Y is less than 0.05, the obtained Y-intercept and the slope number are significant values.

표 6에서 접촉전압과 인체 임피던스 크기 사이의 관계를 직관적으로 살펴보면 수학식 5와 같은 관계를 유추해볼 수 있다.In Table 6, the relationship between the contact voltage and the magnitude of the human body impedance can be intuitively deduced.

[수학식 5]&Quot; (5) "

Figure 112013071648992-pat00017
Figure 112013071648992-pat00017

수학식 5에서 접촉전압의 승수인 a를 0.01에서 0.01단위로 증가시키면서

Figure 112013071648992-pat00018
에 대한 인체 임피던스 크기를 회귀분석하여 결정계수가 가장 큰 a를 구하면 0.27이 된다. a가 0.27로 가정하면 수학식 6과 같은 인체 임피던스의 크기와 접촉전압과의 관계식을 구할 수 있다.While increasing the multiplier a of the contact voltage in Equation 5 from 0.01 to 0.01 unit
Figure 112013071648992-pat00018
The regression analysis of the magnitude of the impedance of the human body for gives the largest crystal coefficient, a, which is 0.27. Assuming that 0.2 is 0.27, a relationship between the magnitude of the human impedance and the contact voltage, as shown in Equation 6, can be obtained.

[수학식 6]&Quot; (6) "

Figure 112013071648992-pat00019
Figure 112013071648992-pat00019

표 7은 수학식 6에 의해 계산된 인체 임피던스 크기를 정리하였다. 이 회귀분석에서도 결정계수가 0.99763이어서 수학식 6의 회귀식이 임피던스 크기와 접촉전압과의 관계를 잘 설명할 수 있음을 알 수 있다.Table 7 summarizes the body impedance magnitude calculated by Equation 6. In this regression analysis, the coefficient of determination is 0.99763, so it can be seen that the regression equation of Equation 6 well describes the relationship between the impedance magnitude and the contact voltage.

[표 7][Table 7]

Figure 112013071648992-pat00020
Figure 112013071648992-pat00020

또한 Y절편과 기울기계수의 P-값이 각각

Figure 112013071648992-pat00021
과
Figure 112013071648992-pat00022
으로 0.05 이하이기 때문에 구해진 Y절편과 기울기 계수는 유의한 값이다.The P-values of the Y intercept and the slope
Figure 112013071648992-pat00021
and
Figure 112013071648992-pat00022
Since Y is less than 0.05, the obtained Y-intercept and the slope coefficient are significant values.

수학식 4와 수학식 6을 이용하면 접촉전압이 25V와 175V 사이일 때 인체 임피던스 크기와 위상 값을 산출하고 경향성을 확인할 수 있다. 이를 통해 175V 이하에서 인체 통전전류의 크기와 위상을 추정할 수 있다.
Using Equation 4 and Equation 6, when the contact voltage is between 25V and 175V, the human body impedance magnitude and phase value can be calculated and the trend can be confirmed. Through this, it is possible to estimate the magnitude and phase of human body conduction current below 175V.

용량성 누설경로 분석부(400)는, 인체위상 분석부의 각 접촉전압별 인체 임피던스를 이용하여 접촉전압에 대한 용량성 누설경로의 리액턴스 값을 산출하는 구성이다.The capacitive leak path analyzer 400 is configured to calculate a reactance value of the capacitive leak path with respect to the contact voltage using the human body impedance of each contact voltage of the human phase analyzer.

이러한 용량성 누설경로 분석부는, 접촉전압 관계식(수학식7)과 통전경로의 전체 임피던스 관계식(수학식8)을 만족하는 용량성 누설경로의 리액턴스를 각 접촉전압별로 산출하는 것을 특징으로 한다.The capacitive leakage path analyzing unit is configured to calculate reactance of the capacitive leakage path that satisfies the contact voltage relation equation (Equation 7) and the total impedance relation equation (Equation 8) of the energization path for each contact voltage.

[수학식7]&Quot; (7) "

Figure 112013071648992-pat00023
Figure 112013071648992-pat00023

[수학식8]&Quot; (8) "

Figure 112013071648992-pat00024
Figure 112013071648992-pat00024

통전전류 산출부(500)는 용량성 누설경로의 리액턴스에 대한 인체 통전전류의 크기와 위상을 산출하는 구성이다.
The conduction current calculation unit 500 is configured to calculate the magnitude and phase of the human conduction current with respect to the reactance of the capacitive leakage path.

IEC(1990)에서는 인체 반응전류(reaction current) 및 이탈전류(let-go current) 등을 테스트하기 위해 도 3의 세 성분 값을 각각 C1 = 0.22 ㎌, R1 = 1500Ω, R2 = 500 Ω으로 설정하고 있다. 이 설정값으로 상용 주파수 60 ㎐에서의 인체 임피던스를 계산하면 크기는 1,986 Ω이고 위상은 -5.31°이다.In IEC (1990), the three component values of FIG. 3 are respectively set as C 1 = 0.22 ㎌, R 1 = 1500 Ω, R 2 = 500 Ω to test the reaction current and the let-go current. Is set. Using this setting, the human body impedance at a commercial frequency of 60 Hz is calculated to be 1,986 Ω and -5.31 ° in phase.

위의 조건에서는 220 V 상용전원과 대지 사이에 인체가 직접 접촉할 경우, 인체 통전전류는 110.79 ㎃이고, 위상은 5.31°이다. 저항성 인체 통전전류는 110.32㎃이고, 용량성 인체 통전전류는 10.25 ㎃로 저항성 성분이 전체 통전전류의 대부분을 차지한다.
Under the above conditions, when the human body is in direct contact between the 220 V commercial power supply and the earth, the human body current is 110.79 mA and the phase is 5.31 °. The resistive human conduction current is 110.32 mA, and the capacitive human conduction current is 10.25 mA, and the resistive component accounts for most of the total conduction current.

도 5와 같이 용량성 누설경로(Clp)를 통하여 인체가 상용전원과 대지 사이에 통전되는 경우 용량성 누설경로의 리액턴스를 고려하여 통전전류를 계산하여야 한다. 이 경우의 통전경로의 전체 임피던스는 (수학식8)과 같다.
As shown in FIG. 5, when the human body is energized between the commercial power source and the ground through the capacitive leakage path C lp , the conduction current should be calculated in consideration of the reactance of the capacitive leakage path. In this case, the total impedance of the energization path is expressed by Equation (8).

인체가 상용전원과 대지 사이에 통전될 때 인체에 인가되는 접촉전압은 앞서 기술한 (수학식7)과 (수학식8)의 관계를 가진다.When the human body is energized between the commercial power supply and the earth, the contact voltage applied to the human body has the relation of Equation 7 and Equation 8 described above.

표 8은 용량성 누설경로 리액턴스에 따른 인체 통전전류를 계산한 것이다.Table 8 calculates the human current carrying capacity according to the capacitive leakage path reactance.

각 접촉전압별로 인체 임피던스를 (수학식 4)와 (수학식 6)으로부터 계산하고, 도 5와 같은 조건에서 (수학식7)과 (수학식8)을 만족하는 용량성 누설경로의 리액턴스를 각 접촉전압별로 구하고, 그 때의 인체 통전전류의 크기와 위상을 계산한 것이다.The human body impedance is calculated from Equation 4 and Equation 6 for each contact voltage, and the reactance of the capacitive leakage path satisfying Equation 7 and Equation 8 under the conditions shown in FIG. It is calculated by the contact voltage, and the magnitude and phase of the human body current is calculated at that time.

[표 8][Table 8]

Figure 112013071648992-pat00025
Figure 112013071648992-pat00025

표 8에서 보는 바와 같이, 용량성 누설경로를 통하여 인체가 통전될 경우 누설경로의 리액턴스가 크면 통전전류의 위상도 크고, 작으면 통전전류의 위상도 작다. As shown in Table 8, when the human body is energized through the capacitive leakage path, if the reactance of the leakage path is large, the phase of the conduction current is large, and if it is small, the phase of the conduction current is also small.

즉, 누설 경로 커패시터가 작으면 감전전류의 위상이 높고, 누설 경로 커패시터가 크면 감전전류의 위상은 작아진다. That is, if the leakage path capacitor is small, the phase of the electric shock current is high. If the leakage path capacitor is large, the phase of the electric shock current is small.

만약, 누설 경로 커패시터 값이 매우 커지면 누설경로가 폐회로의 역할을 하기 때문에 상용전원에 직접 접촉한 결과에 수렴하게 된다. If the leakage path capacitor value is very large, the leakage path acts as a closed circuit and converges to the result of direct contact with the commercial power supply.

이와 같이 용량성 누설경로를 통한 인체 통전전류 위상은 상용전원에 직접 접촉시의 통전전류 위상 값보다 크고, 누설경로 커패시터가 아주 작을 경우 거의 90°의 위상을 갖는다.As such, the human current carrying current phase through the capacitive leakage path is larger than the current carrying current value in direct contact with the commercial power supply, and has a phase of about 90 ° when the leakage path capacitor is very small.

(수학식7)과 (수학식8)을 이용하여 용량성 누설경로를 통한 통전전류가 30mA가 되는 누설 커패시터 값을 반복법으로 구하면 약 426 nF이고, 감전전류 위상은 74.15°이다.Using Equation (7) and (8), the repetitive method to obtain the leakage capacitor value of 30 mA through the capacitive leakage path is about 426 nF, and the electric current phase is 74.15 °.

이 경우, 저항성 통전전류는 8.19 mA이고, 용량성 통전전류는 28.86 mA이다. 1 ㎜간격의 두 금속판에 공기를 주입하여 커패시터를 만든다고 가정하면 426 ㎋의 커패시터를 제작하기 위해서는 유효 면적이 약 48.11㎡ 이어야 하므로, 부유 커패시터를 통한 통전전류 크기가 심실 세동의 위험이 있는 30 ㎃ 이상이 되는 경우는 거의 없다고 볼 수 있다. In this case, the resistive conduction current is 8.19 mA and the capacitive conduction current is 28.86 mA. Assuming that capacitors are made by injecting air into two metal plates spaced 1 mm apart, the effective area must be about 48.11 m 2 to produce a capacitor of 426 ㎋. It can be seen that there is almost no case.

현실에서는 발생 가능성이 아주 낮지만 보통 10 ㎌ 이상인 저압 역율 보상 커패시터 등의 개별 소자를 통하여 인체가 통전되면 인체 접촉전압은 175 V 이상이 될 수 있어서 매우 위험하다.In reality, it is very unlikely, but if the human body is energized through individual elements such as low voltage power factor correction capacitors, which are usually 10 ㎌ or more, the human body contact voltage may be 175 V or more, which is very dangerous.

이와 같이 상용전원과 대지 사이에 직접 인체가 통전되는 경우와 저항성 누설경로를 통하여 통전되는 경우는 감전전류의 위상이 작지만, 용량성 누설경로를 통하여 통전되는 경우는 인체 통전전류의 위상이 90°에 가까운 값을 가질 수 있음을 확인하였다. As described above, when the human body is directly energized between the commercial power supply and the earth, and when the human body is energized through the resistive leakage path, the electric shock current phase is small. However, when the human body is energized through the capacitive leakage path, the human body current is 90 °. It was confirmed that it can have a close value.

또한 현실적으로 발생 가능성은 낮지만 크기가 30 ㎃ 이상이고 용량성 성분이 우세한 인체 통전전류가 발생 가능함을 확인하였다.
In addition, it is confirmed that the human current may be generated, although the possibility of occurrence is low, but the size is more than 30 mA and the capacitive component is predominant.

참고로, 인체 통전전류 위상 및 피부 임피던스에 대해 설명하면 다음과 같다.For reference, the human current carrying current phase and skin impedance are described as follows.

인체통전전류(

Figure 112013071648992-pat00026
)는 접촉전압 크기 및 주파수, 전원 용량, 접촉면적, 통전전류경로, 습기, 온도 등에 따라 다를 수 있다. 하지만 통전전류에 영향을 미치는 조건이 고정된 상태에서 접촉전압(
Figure 112013071648992-pat00027
)만 변하는 경우를 가정하면, 인체통전전류는 (수학식9)와 같이 접촉전압을 인체임피던스(
Figure 112013071648992-pat00028
)로 나누어서 계산할 수 있다.Human current carrying current
Figure 112013071648992-pat00026
) May vary depending on contact voltage magnitude and frequency, power supply capacity, contact area, current carrying path, humidity, and temperature. However, the contact voltage (
Figure 112013071648992-pat00027
Assuming only)), the human body conduction current has a contact voltage as shown in Equation (9).
Figure 112013071648992-pat00028
It can be calculated by dividing by).

[수학식 9]&Quot; (9) "

Figure 112013071648992-pat00029
Figure 112013071648992-pat00029

접촉전압의 위상을 기준 위상(0°)으로 정하면 (수학식9)와 (수학식10)과 같이 인체통전전류의 위상은 인체임피던스 위상과 크기는 같고 부호는 반대이다. If the phase of the contact voltage is set as the reference phase (0 °), the phase of the human energizing current is the same as the phase of the human impedance and the sign is opposite as shown in Equation (9) and (10).

[수학식 10]&Quot; (10) "

Figure 112013071648992-pat00030
Figure 112013071648992-pat00030

[수학식 11]&Quot; (11) "

Figure 112013071648992-pat00031
Figure 112013071648992-pat00031

그러므로 상용전원에 직접 접촉하여 인체가 감전되는 경우의 인체 통전전류의 위상은 그 조건에서의 인체 임피던스의 위상을 구하면 알 수 있다. 저항, 인덕터, 커패시터 등의 누설 경로를 경유하여 인체가 감전되는 경우는 경유한 경로의 임피던스와 인체 임피던스를 함께 고려해야 한다. Therefore, the phase of the human current carrying current when the human body is electrocuted by directly contacting the commercial power source can be known by obtaining the phase of the human body impedance under the condition. When the human body is electrocuted via leakage path such as resistor, inductor, capacitor, etc., the impedance of the route and the human body impedance should be considered together.

이렇게 외부 누설경로를 통하여 인체가 감전되면 누설경로에서 전압강하가 발생하여 인체에 인가되는 전압은 감소한다. 따라서 인체에 작용하는 접촉전압이 낮아져서 피부 임피던스와 인체 임피던스가 증가하게 된다.When the human body is electrocuted through the external leakage path, a voltage drop occurs in the leakage path and the voltage applied to the human body decreases. Therefore, the contact voltage acting on the human body is lowered, thereby increasing the skin impedance and the human body impedance.

도 3에서 인체 임피던스식은 (수학식12)와 같고, 피부 임피던스식은 (수학식13)과 같다.In FIG. 3, the human body impedance equation is represented by Equation 12, and the skin impedance equation is represented by Equation 13.

[수학식12][Equation 12]

Figure 112013071648992-pat00032
Figure 112013071648992-pat00032

[수학식13]&Quot; (13) "

Figure 112013071648992-pat00033
Figure 112013071648992-pat00033

도 4는 도 3에 대한 인체 임피던스의 벡터도이다.4 is a vector diagram of the human body impedance of FIG. 3.

도 4를 보면, R2가 양의 값을 갖기 때문에 인체 임피던스 위상의 절대값은 피부 임피던스 위상의 절대값보다 작다. 4, since R 2 has a positive value, the absolute value of the human body impedance phase is smaller than the absolute value of the skin impedance phase.

인체 임피던스가 피부 임피던스보다 현저히 클 경우에는 인체 임피던스의 위상은 0에 가깝고, 반대로 피부 임피던스가 인체 임피던스보다 현저히 클 경우 인체 임피던스의 위상은 피부 임피던스 위상에 근접하게 된다.If the human body impedance is significantly greater than the skin impedance, the phase of the human body impedance is close to zero, on the contrary, if the skin impedance is significantly greater than the human body impedance, the phase of the human body impedance is close to the skin impedance phase.

(수학식13)의 피부 임피던스를 살펴보면 피부 임피던스의 위상이 jωR1C1 항에 의존함을 알 수 있다. Looking at the skin impedance of Equation (13), it can be seen that the phase of the skin impedance depends on the jωR 1 C 1 term.

접촉 면적이 증가하면 피부 커패시턴스가 비례하여 증가하고, 피부 저항은 반비례하여 감소하기 때문에 주파수가 일정할 경우, 피부 저항과 피부 커패시턴스의 곱은 접촉 면적에 대하여 상수라고 볼 수 있으므로, 기타조건이 같다면 접촉면적과 피부 임피던스의 위상은 독립적이다. As the contact area increases, the skin capacitance increases proportionally and the skin resistance decreases in inverse proportion. Therefore, if the frequency is constant, the product of the skin resistance and the skin capacitance can be regarded as a constant with respect to the contact area. The area and the phase of the skin impedance are independent.

다만, 피부 임피던스 위상은 개인특성 및 기타감전 조건에 의존한다. However, the skin impedance phase depends on personal characteristics and other electric shock conditions.

피부 임피던스 영향이 크게 나타나는 낮은 전압 레벨에서 주파수별 측정결과에 따르면 피부 임피던스는 주파수가 1에서 1,000 ㎐로 변함에 따라 크기가 약130 ㏀에서 30 ㏀으로 감소하고, 위상은 -2°에서 -58°로 변하게 된다. At low voltage levels where skin impedance effects are significant, frequency-dependent measurements show that the skin impedance decreases in magnitude from 130 Hz to 30 Hz as the frequency changes from 1 to 1,000 Hz, and the phase changes from -2 ° to -58 °. Will change to

또한 주파수가 1,000 ㎐ 이상으로 계속 높아지면 피부 임피던스 크기는 계속 줄어들면서 인체 임피던스 모델에서 인체 내부 저항에 더해지는 방식으로 모델링에서 생략된 피하조직 저항 성분인 약 1㏀ 전후값으로 수렴하게 된다. In addition, as the frequency continues to increase above 1,000 kHz, the skin impedance magnitude continues to decrease and converge to about 1 kHz, a subcutaneous tissue resistance component omitted from modeling in a manner that is added to the internal resistance of the human impedance model.

위상의 경우는 주파수가 증가함에 따라 약 -60°∼ -80°까지 줄어들다가 다시 커져 0°로 수렴한다. In the case of phase, as the frequency increases, it decreases from about -60 ° to -80 ° and then grows again to converge to 0 °.

그리고 피부 임피던스 위상이 -45°되는 주파수는 양볼에 2 ㎠ 크기의 전극을 부착하여 4명의 인원을 측정한 결과 각각 42 ㎐(남, 20세), 48 ㎐(남, 23세), 67 ㎐(남, 23세), 233 ㎐(여, 4세)였다.
The frequency at which the skin impedance phase was -45 ° was measured by attaching 2 cm 2 electrodes to the cheeks and measuring 4 people, respectively, 42 ㎐ (male, 20 years old), 48 ㎐ (male, 23 years old), 67 ㎐ ( Male, 23 years old, 233 years old (female, 4 years old).

참고로, 상관 관계를 추출하기 위하여 적용될 수 있는 통계학적 방법의 일 예로서 회귀 분석(Regression analysis)에 대해 설명하면 다음과 같다.For reference, regression analysis is described as an example of a statistical method that can be applied to extract correlations.

회귀 분석은 통계학에서 관찰된 연속형 변수들에 대해 독립변수와 종속변수 사이의 상관관계에 따른 수학적 모델인 선형적 관계식을 이용하여 어떤 독립변수가 주어졌을 때 이에 따른 종속 변수를 예측하는 통계학적 방법이다. 회귀 분석의 결과로서 얻어지는 수학적 모델이 실제 모집단에 얼마나 부합하는지 여부는 적합도를 이용하여 측정할 수 있다.Regression analysis is a statistical method for predicting dependent variables when a given independent variable is given by using a linear relationship, which is a mathematical model based on the correlation between independent and dependent variables, for continuous variables observed in statistics. to be. How well the mathematical model obtained as a result of the regression analysis fits the actual population can be measured using the goodness of fit.

1개의 종속변수와 1개의 독립 변수 사이의 관계를 분석할 경우를 단순회귀분석(Simple Regressin Analysis)이라 하고, 1개의 종속변수와 여러 개의 독립 변수 사이의 관계를 규명하고자 할 경우를 다중회귀분석(Multiple Regression Analysis)이라고 한다. 이와 같이, 회귀분석은 시간에 따라 변화하는 데이터나 어떤 영향, 가설적 실험, 상관 관계의 모델링 등의 통계적 예측에 이용될 수 있다.The case of analyzing the relationship between one dependent variable and one independent variable is called Simple Regressin Analysis, and the case of trying to identify the relationship between one dependent variable and several independent variables is called multiple regression analysis. Multiple Regression Analysis). As such, regression analysis can be used for statistical prediction of data that changes over time, some effects, hypothetical experiments, and modeling of correlations.

종속변수를 y, 독립변수를 x라 하고, n이 표본의 개수라고 하면, 회귀모델은 다음 (수학식14)와 같다.If the dependent variable is y, the independent variable is x, and n is the number of samples, the regression model is given by Equation (14).

[수학식14][Equation 14]

Yi = a + βXi + ei, I = 1, 2, ..., nY i = a + βX i + e i , I = 1, 2, ..., n

수학식 14에서, a는 회귀 계수(regression coefficient)를 나타내고, β는 Xi의 기울기 또는 가중치를 나타낸다. 즉, Xi가 한 단위 증가할 때의 종속 변수 Yi의 변화량을 나타낸다. ei는 오차항으로서, 회귀 직선으로 설명되지 못하는 부분을 반영한다.In Equation 14, a represents a regression coefficient and β represents a slope or weight of Xi. In other words, it represents the amount of change in the dependent variable Yi when Xi increases by one unit. ei is an error term and reflects the part not explained by the regression line.

예를 들어, Xi가 접촉전압이고, Yi가 인체 임피던스위상 추정데이터라면, 회귀 계수(a)와 β(접촉전압의 기울기 또는 가중치)를 구하면 이후부터는 수학식12를 이용하여 인체 임피던스 위상을 산출할 수 있다.
For example, if Xi is the contact voltage and Yi is the human body impedance phase estimation data, the regression coefficient (a) and β (the slope or weight of the contact voltage) are obtained. From then on, the human body impedance phase can be calculated using Equation 12. Can be.

100 : 데이터베이스 200 : 인체위상 추정부
210 : 피부저항 추정모듈 220 : 피부 커패시턴스 추정모듈
230 : 인체 임피던스 추정모듈 300 : 인체위상 분석부
310 : 위상 분석모듈 320 : 위상 산출모듈
330 : 크기 분석모듈 340 : 크기 산출모듈
400 : 용량성 누설경로 분석부 500 : 통전전류 산출부100: database 200: human phase estimation unit
210: skin resistance estimation module 220: skin capacitance estimation module
230: human body impedance estimation module 300: human body phase analysis unit
310: phase analysis module 320: phase calculation module
330: size analysis module 340: size calculation module
400: capacitive leakage path analysis unit 500: energized current calculation unit

Claims (4)

인체 임피던스 모델에 따른 인체 임피던스 데이터가 저장된 데이터베이스;
상기 인체 임피던스 데이터의 인체 임피던스 값에서 인체 내부저항을 차감하여 접촉전압에 따른 피부저항 추정치에 대한 피부저항 추정데이터를 산출하고, 상기 피부저항 추정데이터의 접촉전압별 피부 저항과 인체 내부저항을 이용하여 피부 커패시턴스 추정데이터를 산출하며, 상기 피부 커패시턴스 추정데이터를 이용하여 인체 임피던스위상 추정데이터를 산출하는 인체위상 추정부;
상기 데이터베이스의 인체 임피던스 데이터와 인체위상 추정부의 인체 임피던스위상 추정데이터를 이용하여 용량성 누설경로를 통해 인가되는 각 접촉전압별로 인체 임피던스를 산출하는 인체위상 분석부;
상기 인체위상 분석부의 각 접촉전압별 인체 임피던스를 이용하여 인체에 작용하는 접촉전압에 대한 용량성 누설경로의 리액턴스를 산출하는 용량성 누설경로 분석부; 및
상기 용량성 누설경로의 리액턴스에 대한 인체 통전전류의 크기와 위상을 산출하는 통전전류 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기기기의 용량성 누설경로를 통한 인체 통전전류분석장치.
A database storing human impedance data according to a human impedance model;
The skin resistance estimation data for the skin resistance estimation value according to the contact voltage is calculated by subtracting the human body internal resistance from the human body impedance value of the human body impedance data, and using the skin resistance and the human body internal resistance for each contact voltage of the skin resistance estimation data. A human phase estimator for calculating skin capacitance estimation data and calculating human body impedance phase estimation data using the skin capacitance estimation data;
A human body phase analysis unit calculating a human body impedance for each contact voltage applied through the capacitive leakage path using the human body impedance data of the database and the human body impedance phase estimation data of the human body phase estimation unit;
A capacitive leak path analyzer for calculating a reactance of a capacitive leak path to a contact voltage acting on the human body using the human body impedance of each contact voltage of the human phase analyzer; And
Human current carrying current analysis device through a capacitive leakage path of an electrical device, comprising; a current carrying current calculation unit for calculating the magnitude and phase of the human current carrying current for the reactance of the capacitive leakage path.
제 1 항에 있어서,
상기 인체위상 추정부는,
데이터베이스의 인체 임피던스 데이터를 불러들이고, 상기 인체 임피던스 데이터 중, 접촉전압별 DC 임피던스 값에서 인체 내부저항을 차감하여, 접촉전압(V)에 따른 피부저항 추정치(Ω)에 대한 피부저항 추정데이터를 산출하는 피부저항 추정모듈;
상기 인체 임피던스 데이터 중, 각 접촉전압별 60Hz 전원에 대한 인체 임피던스 값을 이용하여 R1과 R2에 각각 피부저항 추정데이터의 접촉전압별 피부 저항과 인체 내부저항을 인체 임피던스식(수학식 2)에 대입한 후, 피부 리액턴스 값(1/jωC1)을 반복 계산하여 피부 커패시턴스 추정데이터를 산출하는 피부 커패시턴스 추정모듈; 및
상기 피부 커패시턴스 추정데이터를 피부 임피던스식(수학식 3)에 대입하여 인체 임피던스위상 추정데이터를 산출하는 인체 임피던스 추정모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기기기의 용량성 누설경로를 통한 인체 통전전류분석장치.
[수학식 2]
Figure 112013071648992-pat00034

[수학식 3]
Figure 112013071648992-pat00035

The method of claim 1,
The human phase estimation unit,
Importing human body impedance data from a database, subtracting the internal body resistance from the DC impedance value of each contact voltage among the human body impedance data, and calculating the skin resistance estimation data for the skin resistance estimation value (Ω) according to the contact voltage (V) Skin resistance estimation module;
Among the human body impedance data, the skin resistance and body internal resistance of the contact voltage of the skin resistance estimation data of R 1 and R 2 are respectively calculated using the human body impedance value of the 60 Hz power source for each contact voltage. A skin capacitance estimating module for repeatedly calculating the skin reactance value (1 / jωC 1 ) and calculating skin capacitance estimation data after substitution into; And
Analyzing the human current through the capacitive leakage path of the electrical device, comprising: a human impedance estimation module for calculating the human body impedance phase estimation data by substituting the skin capacitance estimation data into a skin impedance equation (Equation 3) Device.
&Quot; (2) "
Figure 112013071648992-pat00034

&Quot; (3) "
Figure 112013071648992-pat00035

 제 1 항에 있어서,
상기 인체위상 분석부는,
인체 임피던스위상 추정데이터와 접촉전압과의 상관 관계를 분석하는 위상 분석모듈;
상기 위상 분석모듈의 분석결과인 인체 임피던스위상 추정데이터와 접촉전압과의 관계식을 이용하여 인체 임피던스 위상을 산출하는 위상 산출모듈;
인체 임피던스 데이터와 접촉전압과의 상관 관계를 분석하는 크기 분석모듈; 및
상기 크기 분석모듈의 분석결과인 인체 임피던스 데이터와 접촉전압과의 관계식을 이용하여 인체 임피던스 크기를 산출하는 크기 산출모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기기기의 용량성 누설경로를 통한 인체 통전전류분석장치.
The method of claim 1,
The human phase analysis unit,
A phase analysis module analyzing a correlation between the human body impedance phase estimation data and the contact voltage;
A phase calculation module configured to calculate a human impedance phase by using a relational expression between the human body impedance phase estimation data and the contact voltage, which are analysis results of the phase analysis module;
A magnitude analysis module analyzing a correlation between the human impedance data and the contact voltage; And
Analyzing the human current through the capacitive leakage path of the electrical device, comprising: a size calculation module for calculating the size of the human impedance using a relationship between the human body impedance data and the contact voltage, the analysis result of the size analysis module Device.
제 1 항에 있어서,
상기 용량성 누설경로 분석부는,
용량성 누설경로를 통하여 인체가 통전될 때 인체에 인가되는 접촉전압 관계식(수학식7)과 통전경로의 전체 임피던스 관계식(수학식8)에 의해 용량성 누설경로의 리액턴스를 산출하는 것을 특징으로 하는 전기기기의 용량성 누설경로를 통한 인체 통전전류분석장치.
[수학식7]
Figure 112013071648992-pat00036

[수학식8]
Figure 112013071648992-pat00037
The method of claim 1,
The capacitive leak path analysis unit,
When the human body is energized through the capacitive leakage path, the reactance of the capacitive leakage path is calculated by the contact voltage relation equation (Equation 7) applied to the human body and the total impedance relation equation (Equation 8) of the energization path. Human current carrying device through capacitive leakage path of electric equipment.
[Equation 7]
Figure 112013071648992-pat00036

[Equation 8]
Figure 112013071648992-pat00037
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JP2006010432A (en) 2004-06-24 2006-01-12 Netindex Inc Leak current detector and leak current detecting method
KR20080093169A (en) * 2007-04-16 2008-10-21 김형열 Method of leakage current break and measurement leakage current use phase calculation
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