KR101450451B1 - 고정밀 활선 절연저항 측정 장치 - Google Patents

고정밀 활선 절연저항 측정 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101450451B1
KR101450451B1 KR1020130048360A KR20130048360A KR101450451B1 KR 101450451 B1 KR101450451 B1 KR 101450451B1 KR 1020130048360 A KR1020130048360 A KR 1020130048360A KR 20130048360 A KR20130048360 A KR 20130048360A KR 101450451 B1 KR101450451 B1 KR 101450451B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
insulation resistance
function generator
resistor
detection resistor
ground
Prior art date
Application number
KR1020130048360A
Other languages
English (en)
Inventor
김효성
Original Assignee
공주대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 공주대학교 산학협력단 filed Critical 공주대학교 산학협력단
Priority to KR1020130048360A priority Critical patent/KR101450451B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101450451B1 publication Critical patent/KR101450451B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1227—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials
    • G01R31/1263—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials of solid or fluid materials, e.g. insulation films, bulk material; of semiconductors or LV electronic components or parts; of cable, line or wire insulation
    • G01R31/1272—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials of solid or fluid materials, e.g. insulation films, bulk material; of semiconductors or LV electronic components or parts; of cable, line or wire insulation of cable, line or wire insulation, e.g. using partial discharge measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/025—Measuring very high resistances, e.g. isolation resistances, i.e. megohm-meters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/16—Measuring impedance of element or network through which a current is passing from another source, e.g. cable, power line
    • G01R27/18—Measuring resistance to earth, i.e. line to ground

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

활선의 절연저항을 측정함에 있어 함수 발생기에서 출력되는 신호가 검출 저항의 양단 전압을 검출하는 차동증폭기의 공통모드 노이즈로 작용하는 것을 방지함으로써 더욱 정밀한 활전 절연저항 측정이 가능한 고정밀 활선 절연저항 측정 장치가 개시된다. 상기 활선 절연저항 측정 장치는, 활선 상태에서 아이티 접지를 적용한 배전계통 전력선과 대지 사이의 절연저항을 측정하는 활선 절연저항 측정 장치로서, 상기 전력선과 연결된 검출 저항; 상기 검출 저항에 정현파 신호를 제공하는 함수 발생기; 및 상기 검출 저항의 양단 전압을 검출하는 차동증폭기를 포함하며, 상기 검출 저항과 상기 함수 발생기의 연결노드에 상기 함수 발생기 및 상기 차동 증폭기의 내부 전원용 접지가 마련된 것을 특징으로 한다.

Description

고정밀 활선 절연저항 측정 장치{A DETECTION DEVICE OF INSULATION RESISTANCE FOR NON-INTERRUPTION OF ELECTRIC POWER AND HOT-LINE}
본 발명은 활선 절연저항 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 활선의 절연저항을 측정함에 있어 함수 발생기에서 출력되는 신호가 검출 저항의 양단 전압을 검출하는 차동증폭기의 공통모드 노이즈로 작용하는 것을 방지함으로써 더욱 정밀한 활전 절연저항 측정이 가능한 고정밀 활선 절연저항 측정 장치에 관한 것이다.
아이티(IT: Insulation Terra) 접지는 전력선의 어느 쪽도 접지하지 않으며, 장비의 새시만을 접지하는 접지 방식이다. 이러한 접지를 사용하는 주 이유는 전력선의 어느 한쪽이 접지되는 사고를 당하더라도 계통의 운전을 정지시키지 않고 고장부위를 찾을 수 있는 시간적 여유가 있으므로, 계통의 연속적인 운전을 확보할 수 있다는 점이다. 그러나 이러한 접지의 장점을 얻기 위해서는 계통이 운전 중인 상태에서 전력선의 상태를 지속적으로 감시할 필요가 있다. 이러한 감시를 위하여 IEC(International Electro-technical Commission) 61557 규정에서는 능동(Active) 방식의 "활선 절연저항 측정 장치"를 설치하도록 하고 있다.
종래의 전력선 절연상태 감시 기법으로는, 개폐기를 차단시켜 정전상태에서 절연저항계로 전력선과 대지접지간의 절연저항을 측정하는 절연저항계법과, 개폐기를 차단시키지 않은 활선 상태에서 변압기 저압 측의 중성점 또는 일단 접지된 2종 접지선에 흐르는 누설전류를 영상 변류기로 검출하여 누전 및 절연열화 여부를 파악하는 누설전류계법 등이 알려져 있다. 절연저항계법에 따르면, 전력선의 절연상태를 측정하기 위해 반드시 정전시켜야 하기 때문에 연속적으로 전기를 사용하는 장소에서는 전력공급을 중단해야 하는 문제점이 발생한다. 또한, 누설전류계법은 절연저항계법과 달리 정전시키지 않고 활선 상태에서 클램프 미터(누설전류계)나 누전경보기와 같이 2종 접지선에 흐르는 누설전류를 측정하여 절연상태를 감시하는 방법이다. 이 누설전류계법에 따라 측정되는 누설전류는, 전력선과 대지 간에 존재하는 절연저항에 의한 누설전류와, 선로가 긴 경우에 발생하는 정전용량 및 부하설비의 입력단에 삽입되어 있는 노이즈필터 등의 정전용량에 의한 누설전류의 벡터 합으로 검출되기 때문에, 절연저하(누전)가 발생하지 않고 절연저항이 매우 양호하여도 정전용량이 매우 크면 정전용량 성분에 의한 누설전류도 커지므로 절연상태가 불량한 누전 또는 미지락이 발생한 것으로 측정 검출되는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 활선 상태에서 절연상태에 기인하는 절연저항성분에 해당하는 누설전류를 측정하는 저주파 중첩방식이 제안되었다. 이 저주파 중첩방식에서는, 영상변류기로 2종 접지선에 흐르는 저주파 중첩장치에 중첩하는 저주파수와 같은 누설전류를 검출하고, 이 저주파 누설전류에서 정전용량 성분에 해당하는 무효성 분전류를 제거하고 절연저항에 해당하는 유효성분 전류를 검출하기 위해 저주파 중첩장치의 주파수와의 동기화를 위한 별도의 동기신호 입력선로 저주파 중첩장치를 상호 연결시키거나, 저주파 중첩신호의 출력인 중첩변성기의 2차 측에 해당하는 2종 접지선의 a점에서의 저주파 전압신호를 절연감시 장치로 연결시켜야 한다. 선행기술문헌인 한국공개특허 제10-2007-0024361호, 한국공개특허 제10-2007-0024362호 및 한국공개특허 제10-2008-0015752호에는 저주파 중첩장치를 이용한 활선 절연감시 장치가 개시된다.
상기 선행기술문헌들에 개시된 활선 절연감시 장치는, 절연측정 및 설치가 용이하도록 변압기의 저압 측의 2종 접지선에 별도로 저주파 중첩장치를 설치해야 하므로, 추가적인 장비 설치에 따른 부피 증가 및 비용 발생의 문제가 있다. 특히, 저주파 중첩장치를 적용하는 경우에, 저주파 신호와 동기 시키기 위해 사용하는 연결선은 장거리 전선로에서는 실제 연결시키기가 어려운 장소가 많아 실제 현장에서 적용에 불편한 문제가 있다.
전술한 종래기술의 문제점들을 해결하기 위해, 본 출원의 출원인은 2011년 11월 20일 자로 활선 절연저항 측정 장치를 출원한 바 있다(출원번호 10-2011-0126920, 이하 ‘선행 출원 문헌’이라 함). 이 선행 출원 문헌에서는 활선과 연결되는 검출저항에 정현파 신호를 인가하고 검출저항 양단에서 검출되는 전압의 크기를 분석하여 활선의 절연저항을 산출해내는 기법이 개시된다.
도 1은 상기 선행 출원 문헌에 개시된 활선 절연저항 측정 장치의 회로도이다. 도 1에 도시된 것과 같이, 선행 출원 문헌에 개시된 할선 절연 저항 장치(10)는 활선(L1, L2)에 일단이 연결된 브릿지 저항(14)과 브릿지 저항(14)의 타단에 일단이 연결된 필터부(15)와 필터부(15)의 타단에 일단이 연결된 검출 저항(12)과 검출 저항의 타단에 일단이 연결되고 타단이 접지되어 검출 저항(12)에 정현파 신호를 인가하는 함수 발생기(11)와, 검출 저항(12)의 양단 전압을 검출하는 차동증폭기(13)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 1에 도시된 것과 같은 선행 출원 문헌의 활선 절연저항 측정 장치는, 함수 발생기(11)와 차동증폭기(13)가 접지를 공유하는 상태에서, 함수발생기(11)의 출력이 차동증폭기(13)의 일 입력단에 직접 인가되므로, 함수발생기(11)의 출력 신호가 차동증폭기(13)의 공통모드 노이즈로 작용하게 된다. 이에 따라 검출 저항(12)의 양단 전압을 정확하게 측정하는 것이 불가능하게 되는 문제가 발생한다.
한국특허공개 제10-2007-0024361호 한국특허공개 제10-2007-0024362호 한국특허공개 제10-2008-0015752호 한국특허출원 제10-2011-0126920호
본 발명은 활선의 절연저항을 측정함에 있어 함수 발생기에서 출력되는 신호가 검출 저항의 양단 전압을 검출하는 차동증폭기의 공통모드 노이즈로 작용하는 것을 방지함으로써 더욱 정밀한 활전 절연저항 측정이 가능한 고정밀 활선 절연저항 측정 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
활선 상태에서 아이티(IT: Insulation Terra) 접지를 적용한 배전계통 전력선과 대지 사이의 절연저항을 측정하는 활선 절연저항 측정 장치에 있어서,
상기 전력선과 연결된 검출 저항;
상기 검출 저항에 정현파 신호를 제공하는 함수 발생기; 및
상기 검출 저항의 양단 전압을 검출하는 차동증폭기를 포함하며,
상기 검출 저항과 상기 함수 발생기의 연결노드에 상기 함수 발생기 및 상기 차동 증폭기의 내부 전원용 접지가 마련된 것을 특징으로 하는 고정밀 활선 절연저항 측정 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태는 상기 전력선에 일단이 직접 연결되는 브릿지 저항; 및 상기 브릿지 저항의 타단에 연결된 저역 통과필터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 전력선에 일단이 연결된 브릿지 저항; 및 상기 브릿지 저항의 타단에 일단이 연결된 저역 통과 필터를 더 포함하며, 상기 검출 저항은 상기 저역 통과 필터의 타단에 일단이 연결되며, 상기 함수 발생기는 상기 검출 저항의 타단에 일단이 연결되며, 상기 검출 저항과 상기 함수 발생기의 연결노드에 상기 함수 발생기와 상기 차동증폭기의 상기 내부 전원 접지가 연결되며, 상기 함수 발생기의 타단은 외부의 대지(Earth) 접지와 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 전력선에 일단이 연결된 브릿지 저항; 및 상기 브릿지 저항의 타단에 일단이 연결된 저역 통과 필터를 더 포함하며, 상기 함수 발생기는 상기 저역 통과 필터의 타단에 일단이 연결되며, 상기 검출 저항은 상기 함수 발생기의 타단에 일단이 연결되며, 상기 검출 저항과 상기 함수 발생기의 연결노드에 상기 내부 전원 접지가 연결되며, 상기 검출 저항의 타단은 외부의 대지 접지와 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 정현파 신호의 전압 및 상기 차동증폭기에 의해 측정된 검출 저항 양단 전압에 대해 이산 푸리에 변환법(DFT: Discrete Fourier Transformation)을 적용하여 상기 절연저항의 저항값을 산출하는 절연저항 연산부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 절연저항의 저항값(Rins)은
Figure 112014039160558-pat00077
의 수학식에 의하여 연산될 수 있다.
상기 수학식에서,
Figure 112014039160558-pat00078
,
Figure 112014039160558-pat00079
이고, 상기 정현파 신호의 전압값(VS)은
Figure 112014039160558-pat00080
에 의하여 정의되고, 상기 차동증폭기에 의해 검출된 검출 저항의 양단 전압값(VT)은
Figure 112014039160558-pat00081
에 의하여 정의되며, Rt는 상기 검출 저항 또는 상기 검출 저항과 상기 브릿지 저항의 합이며,
Figure 112014039160558-pat00082
이다.
본 발명에 따르면, 차동증폭기의 입력단이 연결되는 검출 저항의 양단 중 함수 발생기가 연결되는 일단을 내부 전원용 접지에 연결함으로써, 함수 발생기에서 제공되는 정현파 신호가 차동증폭기의 공통 모드 노이즈로 작용하는 것을 차단함으로써 검출 저항의 양단 전압을 더욱 정확하게 검출할 수 있으며 이를 통해 더욱 정밀한 전력선의 절연저항의 측정이 가능한 효과가 있다.
도 1은 종래의 활선 절연저항 측정 장치의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 활선 절연저항 측정 장치의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 활선 절연저항 측정 장치의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 활선 절연저항 측정 장치의 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 활선 절연저항 측정 장치에 의해 형성되는 회로 루프의 단순 등가회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 활선 절연저항 측정 장치에 의한 주파수 임피던스에 따른 임피던스 궤적을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 활선 절연저항 측정 장치에 의해 주파수 임피던스 궤적을 측정한 결과를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 활선 절연저항 측정 장치의 절연저항 측정 알고리즘의 개념도이다.
도 9 및 도 10은 도 1에 도시된 종래의 활선 절연저항 측정 장치의 절연 저항 측정 결과를 도시한 도면이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시형태에 따른 활선 절연저항 측정 장치의 절연 저항을 측정 결과를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 활선 절연저항 측정 장치의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 활선 절연저항 측정 장치의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 활선 절연저항 측정 장치의 회로도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 활선 절연저항 측정 장치(10)는 아이티(IT: Insulation Terra) 접지를 적용한 배전계통의 전력선(L1, L2)에 연결된 검출 저항(12)과, 검출 저항(12)에 정현파 신호를 제공하는 함수 발생기(11) 및 검출 저항(12)의 양단 전압을 검출하는 차동증폭기(13)를 포함하여 구성될 수 있다. 특히, 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 활선 절연저항 측정 장치는, 검출 저항(12)과 함수 발생기(11)의 연결노드에 함수 발생기(11) 및 차동 증폭기(13)의 내부 전원용 접지(16)가 마련된다.
이와 같이, 본 발명의 다양한 실시형태는, 차동증폭기(13)의 입력단이 연결되는 검출 저항(12)의 양단 중 함수 발생기(11)가 연결되는 일단을 내부 전원용 접지에 연결함으로써, 함수 발생기(11)에서 제공되는 정현파 신호가 차동증폭기(13)의 공통 모드 노이즈로 작용하는 것을 차단할 수 있다. 이를 통해, 차동증폭기(13)의 출력에 나타나는 공통 모드 노이즈를 제거함으로써 더욱 정확한 전력선의 절연저항의 측정이 가능해진다.
이에 추가적으로, 본 발명의 다양한 실시형태는, 전력선(L1, L2)에 일단이 직접 연결되는 브릿지 저항(14)과, 상기 브릿지 저항(14)의 타단에 연결된 저역 통과필터(15)를 더 포함할 수 있다. 상기 브릿지 저항(14)은 전력선(L1, L2)과의 연결을 형성하기 위한 저항이다. 저역 통과 필터(15)는, 브릿지 저항에 시리즈(series)로 연결된 인덕터(Lf)와 인덕터(Lf)에 션트로 연결된 커패시터(Cf)를 포함할 수 있으며, 전력선(L1, L2)으로부터 유입되는 고주파의 노이즈 성분을 제거하기 위한 필터이다.
도 2에 도시된 실시형태는, 전력선(L1, L2)에 일단이 연결된 브릿지 저항(14)과 브릿지 저항(14)의 타단에 일단이 연결된 저역 통과 필터(15)와, 저역 통과 필터(15)의 타단에 일단이 연결된 검출 저항(12)과, 검출 저항(12)의 타단에 일단이 연결된 함수 발생기(11) 및 검출 저항(12)의 양단을 입력으로 하는 차동증폭기(13)를 포함하며, 검출 저항(12)과 함수 발생기(11)의 연결노드에 함수 발생기(11)와 차동증폭기(13)의 내부 전원 접지(16)가 연결된 회로 구조를 갖는다. 함수 발생기(11)의 타단은 외부의 대지(Earth) 접지(31)와 연결되어, ‘전력선(L1, L2)-브릿지 저항(14)-저역 통과 필터(15)-검출 저항(12)-함수 발생기(11)-절연저항(21)- 전력선(L1, L2)’의 구조로 이루어지는 하나의 회로 루프를 형성하게 된다.
도 3에 도시된 실시형태는, 전력선(L1, L2)에 일단이 연결된 브릿지 저항(14)과 브릿지 저항(14)의 타단에 일단이 연결된 저역 통과 필터(15)와, 저역 통과 필터(15)의 타단에 일단이 연결된 함수 발생기(11)와 함수 발생기(11)의 타단에 일단이 연결된 검출 저항(12) 및 검출 저항(12)의 양단을 입력으로 하는 차동증폭기(13)를 포함하며, 검출 저항(12)과 함수 발생기(11)의 연결노드에 함수 발생기(11)와 차동증폭기(13)의 내부 전원 접지(16)가 연결된 회로 구조를 갖는다. 검출 저항(12)의 타단은 외부의 대지 접지(31)와 연결되어, ‘전력선(L1, L2)-브릿지 저항(14)-저역 통과 필터(15)-함수 발생기(11)-검출 저항(12)-절연저항(21)- 전력선(L1, L2)’의 구조로 이루어지는 하나의 회로 루프를 형성하게 된다.
도 4에 도시된 실시형태는, 전력선(L1, L2)에 일단이 연결된 브릿지 저항(14)과 브릿지 저항(14)의 타단에 일단이 연결된 저역 통과 필터(15)와, 저역 통과 필터(15)의 타단에 일단이 연결된 함수 발생기(11)와 함수 발생기(11)의 타단에 일단이 연결된 검출 저항(12) 및 검출 저항(12)의 양단을 입력으로 하는 차동증폭기(13)를 포함하며, 검출 저항(12)과 함수 발생기(11)의 연결노드에 함수 발생기(11)와 차동증폭기(13)의 내부 전원 접지(16)가 연결된 회로 구조를 갖는다. 도 3에 도시된 실시형태와 비교할 때, 도 4에 도시된 실시형태는 차동증폭기(13) 내의 연산증폭기(OP)의 입력단 극성을 도 3과 반대로 연결한 형태이다. 도 4에 도시된 실시형태에서, 검출 저항(12)의 타단은 외부의 대지 접지(31)와 연결되어, ‘전력선(L1, L2)-브릿지 저항(14)-저역 통과 필터(15)-함수 발생기(11)-검출 저항(12)-절연저항(21)- 전력선(L1, L2)’의 구조로 이루어지는 하나의 회로 루프를 형성하게 된다.
도 2 내지 도 4에 도시된 본 발명의 다양한 실시형태들은 외부의 전력선(L1,L2)와 대지 접지(31) 사이에 형성되는 절연 저항을 포함하는 하나의 회로 루프 구조를 형성하게 되고, 이 회로 루프에서 함수 발생기(11)에 의해 제공되는 정현파 신호에 따라 변동되는 검출 저항(12)의 양단 전압을 검출하여 절연 저항(21)의 크기를 구하게 된다.
도 2 내지 도 4에 도시하지는 않았지만, 본 발명의 다양한 실시형태는 차동증폭기(13)의 출력에 해당하는 검출 저항(12)의 양단 크기를 입력 받아 사전 설정된 연산 알고리즘을 적용하여 절연 저항 크기를 산출하는 절연저항 연산부를 더 포함할 수 있다. 절연저항 연산부는 프로그램 가능한 마이크로 프로세서, 마이크로 컨트롤러 유닛 등으로 구현될 수 있다. 절연저항 연산부는, 사전 설정된 알고리즘을 적용하여 함수 발생기(11)에서 출력되는 정현파 신호이 위상, 주파수 및 진폭을 결정할 수 있다.
본 출원의 출원인에 의해 선행 출원된 한국특허출원 제10-2011-0126920호에는 절연저항 연산부에 의한 절연 저항값 산출 방법이 상세하게 기재되어 있다. 이 성행 출원을 참조하여 절연 저항 연산부의 절연 저항 산출 방법을 간단하게 설명하면 다음과 같다.
절연저항 연산부는 측정회로에 인가한 정현파형 전압(VS) 및 차동증폭기에서 검출된 검출저항의 양단 전압(VT)을 DFT(Discrete Fourier Transformation) 법을 사용하여 절연저항 값(Rins)을 산출할 수 있다. 정현파형 전압(VS) 및 차동증폭기에서 검출된 검출저항의 양단 전압(VT)은 다음의 식과 같이 표현될 수 있다.
[식 1]
Figure 112014039160558-pat00071
[식 2]
Figure 112014039160558-pat00072
이 때, 전체임피던스를 통하여 흐르는 전류는 다음과 같이 표현될 수 있다.
[식 3]
Figure 112014039160558-pat00073
상기 식 3에서 Rt는 검출 저항값이다. 한편 전체 임피던스는, 다음의 식 4와 같으므로, 측정회로에 인가한 정현파가
Figure 112014039160558-pat00074
인 경우, 식 5와 같이 전체 임피던스가 계산어, 실수 값과 허수 값을 계산하여 구할 수 있게 된다.
[식 4]
Figure 112014039160558-pat00075
[식 5]
Figure 112014039160558-pat00076
특히
Figure 112014039160558-pat00083
로 실수성분만 있는 경우는, 전체 임피던스의 값은 다음과 같이 간단하게 계산하여 구할 수 있다.
삭제
[식 6]
Figure 112014039160558-pat00084
도 5는 전술한 본 발명의 다양한 실시형태에서 구현되는 회로 루프를 도시한단순 등가회로도이다. 각 실시형태에 따라 회로 구성요소의 위치가 차이가 있을 수 있으나, 실질적으로 회로의 동작은 동일하다. 함수 발생기(11)는 VS의 크기를 갖는 정현파를 발생시킨다. L은 측정시스템에 기생하는 인덕턴스 및 저역통과 필터의 인덕턴스의 합이다. Rt는 브릿지 저항(14)과 검출 저항(12)을 합한 값이다. Rins와 Cins는 배전계통의 전력선의 절연저항 및 기생 커패시턴스이며 일반적으로 병렬합성의 형태를 갖는다. 전체 임피던스는 다음과 같이 계산될 수 있다.
[식 7]
Figure 112014039160558-pat00085
Figure 112014039160558-pat00086
Figure 112014039160558-pat00087
상기 식 7에 따르면, 임피던스 성분은 복소형태를 갖으며, 이를 복소평면에 나타내면 주파수에 따른 임피던스 궤적은 도 6와 같이 반원의 모양을 나타낸다. 임피던스 궤적의 주요한 특징은 다음의 식 8 내지 식 10과 같다.
[식 8]
Figure 112014039160558-pat00088
에서
Figure 112014039160558-pat00032
[식 9]
Figure 112014039160558-pat00089
에서
Figure 112014039160558-pat00034
[식 10]
Figure 112014039160558-pat00090
에서
Figure 112014039160558-pat00091
도 7은 Rt=1MΩ, Rins=3MΩ으로 가상적으로 주었을 경우, 주파수에 따른 임피던스 궤적 측정결과를 보인다. 실수축의 교점은 정확히 Rt=1MΩ, (Rins + Rt)=4MΩ에서 발생하며, 반원의 반지름도 수식에서 예측한 것처럼 정확히 (Rins /2)=1.5MΩ의 값을 갖는 것을 알 수 있다.
이러한 임피던스 궤적에서 볼 때 반원 상에 내접하는 삼각형은 직각삼각형이 되므로, 반원 상에 존재하는 임의의 주파수에서 복소 임피던스의 실수성분과 허수성분은 다음의 식 11 내지 식 13과 같은 관계를 갖는다.
[식 11]
Figure 112014039160558-pat00092
[식 12]
Figure 112014039160558-pat00093
[식 13]
Figure 112014039160558-pat00094
결론적으로, 도 8과 같은 절연저항 측정 알고리즘을 제시할 수 있다. 도 6의 임피던스 궤적에서 볼 때 반원상 임의 주파수에서 구해지는 복소 임피던스의 실수성분(Zre)과 허수성분(Zim)을 측정하면 Rt의 값을 알고 있으므로 절연저항 값(Rins)를 상기 식들에 의하여 산출할 수 있다.
도 9 및 도 10은 도 1에 도시된 종래의 활선 절연저항 측정 장치의 절연 저항 측정 결과를 도시한 도면이다. 도 9 및 도 10에 따르면, 오차의 값이 최대 20%의 폭을 갖고 전체 저항값에 대하여 오차가 크게 형성되는 것을 확인할 수 있다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시형태에 따른 활선 절연저항 측정 장치의 절연 저항을 측정 결과를 도시한 도면이다. 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 오차의 값이 최대 10%의 폭을 갖고 전체 저항값에 대하여 상대적으로 적은 오차를 갖는 분포를 형성함을 확인 할 수 있다.
도 9 내지 도 12에 나타난 결과에 의하면, 종래의 활선 절연저항 측정 장치에 비해 본 발명의 일 실시형태에 따른 활선 절연저항 측정 장치에 의한 측정 오차가 현저하게 작게 형성됨을 확인할 수 있으며, 이는 본 발명의 일 실시형태에 따른 활선 절연저항 측정 장치에 의해 더욱 정밀한 활선 절연저항의 측정이 가능함을 알 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위 및 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 활선 절연저항 측정 장치 11: 함수 발생기
12: 검출 저항 13: 차동 증폭기
14: 브릿지 저항 15: 저역통과 필터
16: 내부 전원 접지 21: 절연 저항
31: 외부 대지 접지 L1, L2: 전력선

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 활선 상태에서 아이티(IT: Insulation Terra) 접지를 적용한 배전계통 전력선과 대지 사이의 절연저항을 측정하는 활선 절연저항 측정 장치에 있어서,
    상기 전력선에 일단이 연결된 브릿지 저항;
    상기 브릿지 저항의 타단에 일단이 연결된 저역 통과 필터;
    상기 저역 통과 필터의 타단에 일단이 연결된 검출 저항;
    상기 검출 저항의 타단에 일단이 연결되어 상기 검출 저항으로 정현파 신호를 제공하는 함수 발생기; 및
    상기 검출 저항의 양단 전압을 검출하는 차동증폭기를 포함하며,
    상기 검출 저항과 상기 함수 발생기의 연결노드에 상기 함수 발생기의 내부 전원 접지와 상기 차동증폭기의 내부 전원 접지가 연결되며,
    상기 함수 발생기의 타단은 외부의 대지 접지와 연결된 것을 특징으로 하는 활선 절연저항 측정 장치.
  4. 활선 상태에서 아이티(IT: Insulation Terra) 접지를 적용한 배전계통 전력선과 대지 사이의 절연저항을 측정하는 활선 절연저항 측정 장치에 있어서,
    상기 전력선에 일단이 연결된 브릿지 저항;
    상기 브릿지 저항의 타단에 일단이 연결된 저역 통과 필터;
    상기 저역 통과 필터의 타단에 일단이 연결된 함수 발생기;
    상기 함수 발생기의 타단에 일단이 연결된 검출 저항;
    상기 검출 저항의 양단 전압을 검출하는 차동증폭기를 포함하며,
    상기 함수 발생기는 상기 검출 저항에 정현파 신호를 제공하며,
    상기 검출 저항과 상기 함수 발생기의 연결노드에 상기 함수 발생기의 내부 전원 접지와 상기 차동증폭기의 내부 전원 접지가 연결되며,
    상기 검출 저항의 타단은 외부의 대지 접지와 연결된 것을 특징으로 하는 활선 절연저항 측정 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 정현파 신호의 전압 및 상기 차동증폭기에 의해 측정된 검출 저항 양단 전압에 대해 이산 푸리에 변환법(Discrete Fourier Transformation)을 적용하여 상기 절연저항의 저항값을 산출하는 절연저항 연산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 활선 절연저항 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 절연저항의 저항값(Rins)은
    Figure 112014039160558-pat00095
    의 수학식에 의하여 연산되는 것을 특징으로 하는 활선 절연저항 측정 장치.
    (상기 수학식에서,
    Figure 112014039160558-pat00096
    ,
    Figure 112014039160558-pat00097
    이고, 상기 정현파 신호의 전압값(VS)은
    Figure 112014039160558-pat00098
    에 의하여 정의되고, 상기 차동증폭기에 의해 검출된 검출 저항의 양단 전압값(VT)은
    Figure 112014039160558-pat00099
    에 의하여 정의되며, Rt는 상기 검출 저항 또는 상기 검출 저항과 상기 브릿지 저항의 합이며,
    Figure 112014039160558-pat00100
    임)
KR1020130048360A 2013-04-30 2013-04-30 고정밀 활선 절연저항 측정 장치 KR101450451B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130048360A KR101450451B1 (ko) 2013-04-30 2013-04-30 고정밀 활선 절연저항 측정 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130048360A KR101450451B1 (ko) 2013-04-30 2013-04-30 고정밀 활선 절연저항 측정 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101450451B1 true KR101450451B1 (ko) 2014-10-13

Family

ID=51997583

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130048360A KR101450451B1 (ko) 2013-04-30 2013-04-30 고정밀 활선 절연저항 측정 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101450451B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220167250A (ko) 2021-06-11 2022-12-20 주식회사 디앤 활선 상태에서 절연저항을 측정하는 장치
KR20230000730A (ko) * 2021-06-25 2023-01-03 충북대학교 산학협력단 절연 감시 장치 및 측정 오류를 개선하는 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980087816A (ko) * 1998-09-22 1998-12-05 강철 비접지 통전선로의 절연 감시장치
JP3430627B2 (ja) * 1994-05-18 2003-07-28 住友電気工業株式会社 電力ケーブルの絶縁状態を活線下で監視する絶縁監視方法及び装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3430627B2 (ja) * 1994-05-18 2003-07-28 住友電気工業株式会社 電力ケーブルの絶縁状態を活線下で監視する絶縁監視方法及び装置
KR19980087816A (ko) * 1998-09-22 1998-12-05 강철 비접지 통전선로의 절연 감시장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220167250A (ko) 2021-06-11 2022-12-20 주식회사 디앤 활선 상태에서 절연저항을 측정하는 장치
KR20230000730A (ko) * 2021-06-25 2023-01-03 충북대학교 산학협력단 절연 감시 장치 및 측정 오류를 개선하는 방법
KR102519122B1 (ko) 2021-06-25 2023-04-06 충북대학교 산학협력단 절연 감시 장치 및 측정 오류를 개선하는 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101407864B1 (ko) 임피던스 연산 장치 및 이를 포함하는 정현파 함수형 활선 절연저항 측정 장치
KR101272130B1 (ko) 절연 모니터링 방법 및 장치
US9234926B2 (en) Apparatus and method for measuring the dissipation factor of an insulator
US10585134B2 (en) Method and system for locating ground faults in a network of drives
US9086436B2 (en) Method of high voltage detection and accurate phase angle measurement in cordless phasing meters
KR101406546B1 (ko) 동작 주파수 설정 기능을 갖는 정현파 함수형 활선 절연저항 측정 장치
JP2016099344A (ja) 接地抵抗測定装置及びその操作方法
KR101450451B1 (ko) 고정밀 활선 절연저항 측정 장치
JP5475316B2 (ja) 接地抵抗測定方法
Javaid et al. High pass filter based traveling wave method for fault location in VSC-Interfaced HVDC system
EP3206041A1 (en) A system and a method for monitoring transformer bushings
JP5750313B2 (ja) 接地極付きコンセントの配線確認試験器及び方法
JP6128921B2 (ja) 非停電絶縁診断装置及び非停電絶縁診断方法
JP2000193708A (ja) 非接地電路の絶縁監視方法と絶縁監視装置
RU2480776C1 (ru) Способ контроля сопротивления изоляции разветвленных сетей постоянного тока и устройство для его осуществления
RU2305293C1 (ru) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ НАПРЯЖЕНИЯ 6( 10 ) - 35 кВ С ИЗОЛИРОВАННОЙ ИЛИ КОМПЕНСИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ
CN103399208A (zh) 一种电源火线与地线之间阻抗的测量装置及方法
JP5679480B2 (ja) 間接交流メガー測定器および絶縁抵抗測定方法
US9035659B2 (en) Apparatus and method for measuring the dissipation factor of an insulator
Khairnar et al. Design and Development of Underground Cable Fault Detection and Localization using IoT
JP6625422B2 (ja) 測定装置
WO2016024650A1 (ko) 활선 절연저항 측정 장치
JPH01110267A (ja) 絶縁劣化診断装置
Olszowiec et al. Ground Fault, Leakage and Electric Shock Currents in DC IT Systems
JP2750713B2 (ja) 低圧配線等の簡易絶縁抵抗測定方法

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171011

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181001

Year of fee payment: 5