KR101559533B1 - 이동식 누전 탐사 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동하며 전선의 매설경로를 파악하고 동시에 대지전위 상승점을 파악하여 전선 매설정보의 업데이트 및 보수 자료를 동시에 취득할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것으로, 중성선 다중접지 및 신재생에너지원 연게에 따라 탐사 신호 전류가 여러 경로로 분산되어 흐를 때 이를 구분하고 판단할 수 있는 로직을 고안하였고 자계신호 방향과 논리의 정확한 구분을 위해 신호 발생 및 신호 수신 분석 방법을 구체화 하였다.

Description

이동식 누전 탐사 장치 및 방법{Mobile Apparatus And Method For Locating Earth Leaking Point}

본 발명은 이동식 누전 탐사 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히, 바퀴 전극을 사용하여 이동하면서 전선의 매설 경로 및 대지전위 상승점을 파악하므로써 전선 매설 정보를 업데이트하는 동시에 보수 자료를 취득할 수 있는, 이동식 누전 탐사 장치 및 방법에 관한 것이다.

대한민국 특허 제10-0778089호는 도심의 다중 변압기 설치장소에서의 지중 저압 회선 탐사 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 그 구성은 다수의 지상 변압기에 설치하여 각 저압단자 및 접지선에 연결되어 전압기 고유번호 및 상 번호를 전송하는 탐사 주장치, 탐사 영역의 미지의 지중 저압 회선 말단의 부하측 연결 지점에서 전원에 연결되어 변압기로부터 전송되는 정보를 수신하여 이를 표시하고, 전원을 공급하고 있는 지중 저압 회선을 파악하기 위하여 탐사 주장치로 지중 저압 회선 확인 신호를 송출하는 탐사 단말장치, 상기 탐사 단말 장치에서 송신하는 신호를 검출하여 지중 저압 회선의 중간 경로에서 저압 회선의 절연을 제거하지 않고 정상 운전 상태에서 전원측 변압기, 부하측 고객 및 상을 파악하고 지중 저압 회선의 경로를 검출할 수 있는 경로 탐사 장치를 포함하여 이루어진다.

대한민국 특허 제10-0816101호는 활선 상태에서의 누전 탐사 장치에 관한 것으로서, 그 구성은 지상 변압기로 비대칭 AC 펄스파를 인가하는 송신장치(지상 변압기는 상용 전원과 비대칭 AC 펄스파가 합성된 파형을 갖는 신호를 출력함), 및 탐사 지점의 대지로 부터 합성된 파형을 갖는 신호 성분을 포함하는 대지 신호를 수신하며, 대지 신호에서 대칭성을 갖는 신호를 필터링하여 출력된 신호를 이용하여 탐사 지점에서의 전위차인 극성값을 출력하는 검출장치를 포함하되, 상기 검출장치는, 상기 대지 신호를 수신하는 대지 신호 입력부, 상기 대지 시호에서 상기 상용 전원 및 노이즈를 제거하기 위한 필터링을 수행하는 필터부, 상기 필터링된 신호를 입력받아 반전시키고 AC 성분을 제거하는 반전 AC 제거부, 상기 필터링된 신호를 입력 받아 AC 성분을 제거하는 AC 제거부, 상기 반전 AC 제거부로 부터 출력된 신호에서 상기 AC 제거부로부터 출력된 신호를 감산하는 신호 비교부, 및 상기 감산된 신호인 + 또는 - 값을 갖는 DC 값을 출력하는 평균값 회로부를 포함하여 이루어진다.

대한민국 특허 제10-0966759호는 가로등 전원 및 부하선로의 종합 누전 진단, 탐지 및 보수 방법에 관한 것으로서, 그 구성은 전주에서 지중으로 배선되는 케이블을 보호하는 파이프의 케이블 인입부위에서 누설전류계를 통해 무부하 및 풀부하 상태로 저항성 누설전류값과 정전 용량 누설전류값을 비교측정하여 상기 저항성 누설전류값과 정전용량 누설전류값이 기준치 이상인 경우 누전으로 진단하는 누전진단단계, 누전으로 진단되는 경우 전주에서 가로등 제어함까지의 지중선로의 경로를 경로탐색기로 탐색하는 경로탐색단계, 경로가 탐색되면 누전점을 찾기위해 활선 자계 누전탐지기의 증폭감도를 순차적으로 올림으로써 누전점을 탐지하는 누전점 탐지단계, 및 상기 누전점탐지단계를 통해 탐지된 누전점에 표시하고 거리 및 위치를 기록하는 기록단계를 포함하여 이루어진다.

이 밖에도 비특허 문헌으로서 전력신기술 제56호 (http://www.electricity.or.kr/ntep/search/search_view)를 참조해 볼 수 있다.

도 1 및 2는 종래 기술에 따른 누전탐사 순서의 일례를 도시한 사진도 및 순서도이다.

도 1 및 2를 참조하면, 종래의 배전용 저압선 절연불량 누전탐사 방법은, 변압기 권선 중성점(X0)과 대지접지(G)간에 흐르는 전류(편조선 전류) Ig를 측정하여 일정 값 이상(200mA 이상)일 경우에 (1)변압기 연결 저압선 누전발생을 판정하는 단계, (2)변압기 연결 저압선 중 누전(Ig 전류원인) 저압선을 파악하는 단계, (3)상기 누전 저압선 매설경로 중에서 누전구간을 판정하는 단계, (4)누전 구간 대지에서 누전점을 찾는 단계로 이루어진다.

상기 누전탐사 4단계 업무 중 제 2 및 3 단계의 누전저압선 및 누전구간을 판단하기 위해서는, 도 1의 누전여부 파악 사진처럼 저압선의 조합[단상의 경우 2가닥 전선(상선+중성선), 삼상 Y결선 경우 4가닥 전선 (A,B,C 상선 + 중성선)]에 흐르는 전류 벡터합인 누설영상전류(Io)를 측정하여 판단한다.

한편, 3단계 누전구간 판정은 도 3에 도시된 바와 같이 누전저압선 매설경로를 따라 이동하며 구조물의 구간별 누설영상전류(Ion)를 측정하여 처음 미검출 장소(구조물)와 마지막 검출 장소(구조물) 사이를 누전구간으로 판정한다. 그리고 4단계 누전구간의 대지에서 누전점을 탐사하기 위해서 도 4에 도시된 바와 같이 변압기 중성점과 대지접지 연결선인 편조선을 분리하고 누전탐사신호 발생장치를 양단에 연결하여 탐사용 DC 펄스전압을 저압선 중성선에 보낸다. 이어서, 누전구간 대지에서 누전탐사신호 수신장치를 사용하여 상기 탐사용 DC 펄스전압의 최대 검출위치를 누전점으로 판정한다. 만약 전술된 바와같이 저압선 전 구간 및 고객단자까지 누설영상전류를 측정하여도 연속으로 검출된다면 고객측 누전으로 판정하고 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 대한민국과 북미지역 등에서는 배전용 변압기 고저압 1-2차 Y-y 결선 중성점(X0)을 연결하여 공용으로 하고 편조선을 거쳐 대지접지와 연결한 반면에, 저압선과 고객의 중성선은 비접지하여 고압 및 저압선로에서 그리고 고객에게서 누전이 발생할 때 누전(고장)전류가 변압기로만 귀환되는 SGR(Source Ground Return) 접지방식을 사용하여 왔다. 즉, 구조물 2와 구조물 3 사이에 저압선에서 누전이 발생하여 0.5A의 누전전류(If)가 발생하면, 대지저항을 통해 변압기 중성점 귀환전류(Ig)로 귀환되는 구조이다. 이러한 구성에서는 고장전류(If = Ig = Ion = Io1s ~ Io2L)까지 동일한 값인 0.5A가 측정되나 구조물 3의 Io3s에서는 전류가 검출되지 않아서 처음 미검출 장소인 구조물 3과 전원측과 이전 최종 검출장소인 구조물 2의 부하측 저압선 사이를 누전구간으로 판정한다.

도 4의 맨홀 1과 맨홀 2 사이가 누전구간이라고 판정되면 누전구간 대지에서 굴착보수를 위해 누전점탐사를 하는데, 변압기 Ig 측정점의 편조선을 분리하고 양단(중성선과 대지접지)에 누전탐사 신호발생장치를 연결하여 DC 50V 탐사신호를 대지상에서 구분할 수 있도록 스위칭하여 변압기 중성선에 송신하고 누전구간 대지에서 도 10과 같이 끝이 뾰족한 전극을 사용한 누전탐사 신호수신장치를 이용하여 상기 DC 탐사신호 최대 검출위치를 누전점으로 판정한다.

그러나 위와 같은 저압선과 고객의 중성선을 접지하지 않고 변압기에 연결된 모든 저압선 누전고장이 발생할 경우에, 누전고장 전류가 변압기의 중성점(X0)으로만 귀환되는 단일경로를 가져서 간단히 변압기 Ig 전류측정만으로 저압선 누전여부를 판단할 수 있다는 장점이 있다. 반면에, 누전점에서 변압기까지 누전전류 귀환거리가 멀 경우 위험전압 미제거에 의한 감전사고 가능성이 높다는 단점이 있다.

이러한 단점으로 인해 2005년 부산, 인천 감전사고가 잇달아 발생하고 난 후에, 대한민국도 저압 배전선의 중성선을 비접지에서 대지접지하는 IEC 국제표준 접지방식을 도입하였다. 즉, 이전 저압선 접지방식에서 누전전류 미귀환에 따른 감전위험 전압상승을 방지하고자 변압기뿐만 아니라 저압선 중간에 다수 개의 구조물(맨홀 등)에서 누전전류가 신속히 귀환되도록 중성선 대지접지 PEN(Protective Earth Neutral)을 설치하여 더 이상 누전전류가 변압기로만 귀환되지 않고 가까운 인근의 PEN으로 귀환될 수 있어 감전전압 상승을 방지하도록 접지방식으로 변경하였다.

그렇지만 이러한 접지환경 변화에도 불구하고 종래의 누전탐사 기술을 신 접지환경에서 사용하면 도 5에 도시된 바와 같이 구조물 2와 구조물 3 사이에 누전이 발생하여 누전전류(If = 1A)가 흐른다고 가정하면, 누설전류(If)는 접지환경 변화로 구지 변압기까지 갈 필요없이 최인근 PEN인 구조물 2의 중성선 대지접지를 통해서 변압기 중성점으로 귀환된다. 이에 따라 변압기 Ig와 저압선 누설영상전류(Ion)는 0A로 나타나 누전이 없다고 판단되는 오류가 발생한다. 즉, 위험한 1A의 누전이 발생하고 있어도 누전이 아니라고 판단하여 누전현상을 방치하므로 오히려 감전사고 위험이 더 높아지고 있다.

도 6에 도시된 바와같이, 저압선에 다수 개의 누전이 발생하는 경우에도 마찬가지로 누전전류(If)가 변압기로 귀환되지 않아 Ig와 변압기 저압선별 누설영상전류(Io)가 미검출되어 변압기에서 누전여부를 판정할 수 없다. 또한, 정확히 저압선 누전여부를 파악하려면 변압기에 연결된 저압선 매설경로를 따라 구조물에서 저압선별 누설영상전류(Ion)을 측정하여야 한다. 이렇게 구조물에서 저압선 누설영상전류를 측정한 결과 맨홀 1과 맨홀 2 사이 및 맨홀 3과 맨홀 4 사이에서 누전이 발생하는 것을 알 수 있다.

그러나, 실제 중성선 공용접지 장소에서는 도 7과 같이 상 불평형 전류가 중성선에 흐르게 되고 공용접지된 PEN에서 중성선로 임피던스와 전류크기에 따라 타 중성선으로 우회하여 전류가 흐르는 현상이 발생하고 있다.

즉, 도 8과 같이 변압기(TR1)에 연결된 중성선 1에 150A, 변압기(TR2)에 연결된 중성선 2에 70A의 상 불평형 중성선 전류가 흐를 때, 중성선 비접지된 구조물 2에서는 중성선 전류 우회현상이 발생하지 않아 저압선 누설영상전류(Io= 0A)로 측정된다. 한편, 중성선 접지된 구조물 1에서는 중성선 1의 15A가 전류가 상대적으로 작은 전류가 흐르는 중성선 2로 우회하여 변압기(TR2)의 고압선 중성선을 통해 변압기(TR1)의 대지접지로 유입된다. 이런 중성선 전류 우회현상에 의해 변압기(TR1, TR2)의 Ig에 15A의 누전전류가 흐르는 것처럼 판단되고, 중성선 1과 중성선 2가 포함된 저압선에서 15A 누전이 발생하는 것으로 오인된다. 즉, 실제 누전이 발생하지 않는 저압선을, 즉, 중성선 공용접지에 따른 감전위험이 없는 중성선 전류 우회현상을 누전이라고 판정하고 이를 추적 조사하는 상기 누전탐사 업무 제 3 및 4단계를 시행하여 불필요한 예산과 인력낭비가 되고 있다.

게다가 설령 위와 같은 방법으로 누전구간이 파악되었다 할지라도, 도 9에 도시된 저압선 중성선 접지환경에서 종래의 누전탐사 방법과 같이, 누전탐사 신호 발생장치를 중성선과 대지접지에 연결하고 탐사용 DC 신호를 중성선에 보내보지만 상기 탐사용 DC 신호가 다수의 구조물에서 중성선 대지접지를 통해 귀환되어 대지상에서 탐사 DC신호를 검출할 수 없어서 누전위치 탐사가 불가능해진다. 또한, 중성선 절연불량 위치가 감전위험이 있는 전압선(상선) 불량이라는 보장도 없다.

그리고, 도 8에 도시된 바와같은 구성에서 누전이 발생하여 누전전류 200mA가 중성선을 통해서 귀환되더라도, 중성선 우회전류 15A에 포함된 200mA 누전전류를 분별할 수 없어서 결국 점검자는 15A 중성선 전류 우회현상이라고 판단하여 누전여부는 파악할 수 없게 된다.

본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명에 따른 주수형 바퀴전극을 사용한 이동용 대지전위 측정장치를 사용하여, (1) 전압(상)선 매설경로 추적, (2) AC 상용전원 대지전위 상승점 파악, (3) DC 대지전압 논리값이 '1'일때 DC 전압신호 극성(크기)을 비교하여 신호 최대점(누전점)을 파악, (4) DC 대지전압 논리값을 분석하여 누전저압선 정보를 파악하여, 누전고장 저압선 보수를 위해 정확한 굴착위치(누전점)를 파악할 수 있는 기술이다. 또한, 굴착 이전이라도 누전저압선 정보를 이용하여 전원분리 등의 임시조치로 누전에 의한 감전사고 및 설비고장을 미연에 방지할 수 있는 기술이다.

본 발명의 일 실시예에서, 본 발명에 따른 이동식 대지 전압 스캔장치는, 대지와 정전결합을 위한 다수의 전극; 상기 전극과 대지상에 수분을 공급하기 위한 수분공급 수단; 및 상기 전극으로 부터 입력되는 전압 값을 측정하는 전위측정계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 전극은 바퀴 형태를 가질 수 있다.

바람직하게는, 상기 전위측정계는 전력주파수 성분을 추출하는 필터부를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 이동식 대지 전압 스캔장치는 상기 이동좌표 등을 수신하여 위치별로 상기 전위측정계의 값을 기록하는 기록부를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 이동식 대지 전압 스캔장치는 상기 기록부 정보를 지도상에 위치별 전위값에 대응하는 색상으로 표시하는 매핑부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 본 발명에 따른 대지전압 측정신호 발생장치는, 저항; 다이오드; 임의의 장소에서 비접지 교류 전원 1선을 공급받는 전원소스; 임의의 장소에서 상기 교류 전원의 또 다른 1선을 공급받는 전원싱크; 상기 전원소스 및 상기 전원싱크에 연결되어, 직렬로 연결된 상기 저항과 상기 다이오드에 흐르는 전류를 단속하는 스위칭부; 상기 교류 전원의 위상각에 따라서 상기 스위칭부를 동작시키고 상기 스위칭부에 흐르는 반파 전류의 소멸점 이전에 스위칭부를 차단하는 스위칭 제어부; 및 상기 스위칭 제어부를 논리에 따라 신호발생 유무를 제어하여 상기 전류 흐름에 의미를 부여하는 코딩부를 포함한다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 대지전압 측정신호 발생장치는, 상기 스위칭 제어부의 동작시간을 타 장치와 통신하여 시간 동기를 맞추는 연계부를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 전원소스의 구성이 3상일 경우 상기 스위칭부를 3개 구비할 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 대지전압 측정신호 발생장치는, 상기 코딩부에 자기정보를 입력하며 3상/단상을 설정하는 입력/설정부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 본 발명에 따른 탐사전류 발생장치는, 저항; 다이오드; 임의의 장소에서 비접지 교류 전원 1선을 공급받는 전원소스; 임의의 장소에서 상기 교류 전원의 또 다른 1선을 공급받는 전원싱크; 상기 전원소스 및 상기 전원싱크에 연결되어, 직렬로 연결된 상기 저항과 상기 다이오드에 흐르는 전류를 단속하는 스위칭부; 상기 교류 전원의 위상각에 따라서 상기 스위칭부를 동작시키고 상기 스위칭부에 흐르는 반파 전류의 소멸점 이후에 상기 스위칭부를 차단하는 스위칭 제어부; 및 상기 스위칭 제어부를 논리에 따라 신호발생 유무를 제어하여 상기 전류 흐름에 의미를 부여하는 코딩부를 포함한다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 탐사전류 발생장치는, 상기 스위칭 제어부의 동작시간을 타 장치와 통신하여 시간 동기를 맞추는 연계부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예서, 본 발명에 따른 대지전위 측정장치는 자계센서; 대지와 정전결합된 다수의 전극; 상기 자계센서로 부터 입력된 신호 중에 탐사전류 발생장치의 신호 시작시간과 일치하는 시간(T)을 찾아 설정하는 신호판정부; 상기 시간(T)으로 부터 일정 시간간격으로 일정시간 동안 수신된 자계신호의 크기와 극성을 파악하는 신호검출부; 및 상기 전극으로 부터 입력된 전압을 측정하는 전위측정부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 전위측정부는 상기 시간(T)과 동기되어 일정 시간 간격으로 일정시간 동안 상기 전극으로부터 입력된 전압신호의 크기와 극성을 파악할 수 있다.

바람직하게는, 상기 신호검출부는 다수개로 설치된 자계센서로 부터, 상기 시간(T)에 맞추어 다수 개의 자계신호의 크기와 극성을 동시에 측정할 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 대지전위 측정장치는 상기 전극으로 부터 입력되는 전압신호 사이에서 값이 다른 여러 개의 저항을 선택하여 저항값을 변경하는 저항선택부를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 전극으로 부터 입력되는 전압신호를 수신하여 누전 전압(상)선의 회선정보를 표시할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 본 발명에 따른 활선 누전점 탐사방법은 수분 공급되는 다수 전극을 이동하며 대지에 정전결합하여 위치별 전압 값을 기록하여 전력선 누전위험 지역을 판단한다.

본 발명의 일 실시예에서, 본 발명에 따른 활선 누전점 탐사방법은, 전력선의 전압(상)선에 단극성 DC 전압을 포함하여 전송하는 단계; 상기 전압(상)선 주변에 매설경로 및 상기 단극성 DC 전압 시간동기 자계신호 전송단계; 상기 자계신호를 수신하여 전압(상)선 매설경로를 파악하는 단계; 상기 매설경로 상 대지에서 시간동기 자계신호에 따라 대지전압 측정하는 단계; 및 상기 대지전압에서 단극성 DC 전압 극성을 파악하여 누전점 위치를 파악하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 자계신호가 양극성이면 그 반대극 사이의 낮은 신호점 위치를 전압(상)선의 매설위치라고 판정하고 대지전위를 측정할 수 있다.

바람직하게는, 상기 단극성 DC 전압에 포함된 정보를 분석하여 누전발생 전압(상)선 정보를 파악할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 주수형 바퀴전극이 달린 이동용 대지전위 측정장치를 사용한 누전탐사 방법 및 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 주수형 바퀴전극 사용하여 신속히 이동하며 AC 상용전원 대지전위 상승점을 파악하여, 누설영상전류 측정에 의한 탐사 오류없이 정확히 누전위치를 파악하여 탐사신뢰도를 향상시키는 효과가 있다.

둘째, 감전위험 전압(상)선 누전점을 파악하기 위해 전압(상)선 매설경로를 정확히 구분 및 탐사하고, 경로 상 대지에서 AC 상용전압 대지전위와 DC 대지전압을 측정하여 굴착위치(누전점)위치를 정확히 파악하므로써 실제 감전위험이 있는 전압(상)선 누전원인을 파악하고 보수할 수 있어서 안전사고를 예방하는 효과가 있다.

셋째, 지금까지 2인 이상이 경로탐사와 대지전위를 각각 별도로 측정하였으나, 1인이 이동용 대지전위 측정장치를 사용하여 업무수행이 가능하고, 또한 주수형 바퀴전극 사용으로 인해서 이동시간이 단축되므로써 위치별 대지전위 값을 저장, 관리하여 측정시간을 단축하고 인력을 절감하는 효과가 있다

넷째, 고장복구 굴착에 장시간이 소요되는 경우, 굴착 이전에 누전 저압선 전원 분리와 같은 임시작업이 가능하여 감전위험 요인을 신속하게 제거할 수 있으며 유지보수 비용 절감효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 누전탐사 순서를 설명하는 사진도.
도 2는 종래 기술에 따른 누전탐사 업무의 순서도.
도 3은 종래 기술에서 사용된 중성선 비접지 지중 저압선 누전구간 탐사도.
도 4는 종래 기술에서 사용된 중성선 비접지 지중 저압선 누전점 탐사도.
도 5는 종래 기술에서 사용된 중성선 대지접지 지중 저압선 누전구간 탐사도.
도 6은 종래 기술에서 사용된 중성선 대지접지 지중 저압선 다수 누전발생 시의 누전구간 탐사도.
도 7은 중성선 대지접지 저압선 PEN 점에서 누설영상전류 검출 사례도(누전이 아닌 중성선 전류 우회를 누전으로 오판한 사례).
도 8은 중성선 대지접지 저압선 PEN 점에서 중성선 전류 우회현상을 설명하는 설명도.
도 9는 종래 기술에서 사용된 중성선 대지접지 지중 저압선 누전탐사 설명도.
도 10은 종래 기술에서 사용된 끝이 뾰족한 대지접촉 전극을 사용한 프로브.
도 11은 한 장소에 다수 개폐기 및 변압기 기기장치가 설치된 모습을 도시한 도면.
도 12는 지상변압기 고압 및 저압선 등이 같은 맨홀에 설치된 것을 설명하는 도면.
도 13은 중성선 대지접지 저압선로에서 탐사전류 분류현상을 설명하는 회로도.
도 14는 동일 및 반대극성의 전류가 흐르는 평행 전선로의 자력관계 설명도.
도 15는 동일 및 반대극성 전류가 흐르는 전선로에서 방출하는 자계신호를 지상에서 측정할 때의 특징 설명도.
도 16은 본 발명에 따른 멀티 자계센서 설치도.
도 17은 반대극성 전류가 흐르는 매설관로 상에서의 파형 측정도.
도 18은 단일극성 전류가 흐르는 매설관로 상에서의 파형 측정도.
도 19는 자계신호 전압(상)선 매설경로 방향판정 순서도.
도 20은 본 발명에 따른 전압(상)선과 중성선 매설 경로탐사 결과도.
도 21은 본 발명에 따른 중성선 매설 경로탐사 결과도.
도 22는 본 발명에 따라 이동용 대지전위 탐사장치에 금속바퀴를 설치한 도면.
도 23은 본 발명에 따른 주수형 바퀴전극 제작도.
도 24는 본 발명에 따른 차량용 대지전위 측정장치 구성도.
도 25는 본 발명에 따른 이동용 대지전위 측정장치 구성도.
도 26은 본 발명에 따른 이동용 대지전위 측정장치 dB 구성 내용도.
도 27은 도 26의 궤적정보 상세 dB 내용도.
도 28은 본 발명에 따른 위치별 대지전위 값 정보를 색상으로 표시한 도면.
도 29는 본 발명에 따른 손수레형 대지전위 탐사장치 구성도.
도 30은 본 발명에 따른 손수레형 대지전위 탐사장치 제작예의 사진도.
도 31은 중성선 비접지 저압선 누전위치 대지에서 검출된 AC 상용전원 전압파형도.
도 32는 중성선 접지 저압선 누전위치 대지에서 검출된 AC 상용전원 전압파형도.
도 33은 중성선 접지 맨홀 근처 누전측정 사진도.
도 34는 도 33의 장소에서 AC 상용전원 대지전위 전압 파형도
도 35는 중성선 접지 배전선로에 대지전압 신호 발생장치 및 탐사전류 발생장치를 연결한 회로도.
도 36은 본 발명에 따른 DC 대지전압과 게이트전압 관계 설명도.
도 37은 본 발명에 따른 DC 대지전압 파형 사진도.
도 38은 도 37의 파형을 확대한 파형 사진도.
도 39는 DC 대지전압 신호가 항상 전압(상)선에서만 발생하는 이유를 설명하는 설명도.
도 40은 본 발명에 따른 탐사전류과 게이트전압 관계 설명도.
도 41은 본 발명에 따른 탐사전류, 게이트전압 등의 크기 등을 표시한 사진도.
도 42는 본 발명에 따른 누전탐사 장치의 설치 구성도.
도 43은 본 발명에 따른 대지전압 측정신호 발생장치, 대지전위 측정장치, 탐사전류 발생장치 간의 DC 대지전압 측정신호 발생시간 동기업무 흐름도.
도 44는 본 발명에 따른 대지전압 측정신호 발생장치, 대지전위 측정장치, 탐사전류 발생장치 간의 DC 대지전압 측정신호 발생시간 동기를 위한 프로토콜 설명도.
도 45는 본 발명에 따른 대지전압 측정신호 발생장치 내부 회로도.
도 46은 본 발명에 따른 탐사전류 발생장치 블록도.
도 47은 본 발명에 따른 대지전위 탐사장치 내부 간략 회로도.
도 48은 대지전위 측정장치가 누전점 이전의 방향을 표시하는 사례도.
도 49는 대지전위 측정장치가 누전점에서 방향을 표시하는 사례도.
도 50은 대지전위 측정장치가 누전점을 지났을 때를 표시하는 사례도.
도 51은 도 33의 장소에서 DC 대지전위 신호파형에 대한 사진도.
도 52은 도 33의 장소에서 AC 사용전원 대지전위와 DC 대지전압 파형을 비교한 사진도.
도 53은 본 발명에 따른 DC 대지전압 신호발생 시간 통보 자계신호 시작시간 T와 실제 측정시간을 보여주는 설명도.
도 54는 본 발명에 따른 DC 대지전압 측정시간 대역과 논리값에 대한 설명도.
도 55는 본 발명에 따른 누전탐사 업무 흐름도.
도 56은 본 발명에 따른 손수레형 대지전위 측정장치를 탐사자 방향에서 도시한 도면.
도 57은 대지전위 측정 및 경로탐사 표시 화면도.
도 58은 대지전위 측정장치의 전압(상)선 매설경로 이동방향 판정 결과를 도시한 화면도.
도 59는 대지전위 측정장치 3개의 휠에서 입력된 대지전위 값 표시도.
도 60은 대지전위 측정장치 내부저항 변경 메뉴도.
도 61은 대지전위 측정장치의 자계신호 처리 흐름도.
도 62는 대지전위 측정장치의 자계신호 진위판정 후 시작시간 설정 흐름도.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략할 수 있다.

대한민국의 배전용 지중 고압 및 저압용 전선은 지중에 매설하는 반면에, 개폐기 및 변압기와 같은 기기류는 도 11에 도시된 바와 같이 지중이 아닌 지상에 설치하고 있어 공간절약을 위해 여러개의 변압기와 개폐기를 한 장소에 모아 설치하고 있다.

도 12는 한 장소에 집중된 지상 변압기(1~3)의 전원이 제 1 고압계통으로 부터 제 1 개폐기를 통해 연결되고, 각 변압기가 고압전원을 저압으로 변압한 후 지중 저압선을 통해 각 가정에 전력을 공급하고 있다. 이렇게 도심지 건물 밀집도가 높은 지역에서 지중 고압선과 저압선이 함께 제 1 맨홀을 통과하여 설치되고 중성선은 공용접지되어 3개의 다른 고압 및 저압선의 중성선이 연결되어 진다. 이렇게 고,저압선의 중성선이 구조물에서 함께 연결되어 상 불평형에 의한 중성선 전류가 다른 중성선으로 우회될 수 있도록 구성된 대한민국의 접지환경에서 저압선 구간별 누설영상전류(저압선 조합 전류 벡터합)를 측정하여 누전탐사하는 것은 오류 발생 가능성이 높다.

이에 본 발명은 종래의 기술과 같이 누전을 탐사하기 위해서 변압기 중성점 귀환전류(Ig)와 저압선 조합 누설영상전류(Io)를 측정하지 않고도, 저압선의 전압(상)선 매설경로 상에서 누전에 의해 AC 상용전원 및 DC 대지전압 상승점을 파악하여 누전위치를 파악하고 이동궤적에 따라 대지전위 값을 기록 관리하는 기술이다.

먼저, 중성선 공용접지 환경에서 감전위험이 있는 전압(상)선을 정확히 추적하기 위해 탐사용 전류신호를 발생하는 탐사전류 발생장치를 도 13과 같이 전압(상)선과 중성선에 연결하고 다이오드를 통과한 반파 전압을 스위칭하여 전류제한 저항을 통해 탐사용 전류신호가 흐르게 된다. 이 때, 부하전류가 중성선 공용접지에 연결된 타 중성선으로 우회되는 것과 똑같은 원리로 중성선 다중접지(PEN) 점에서 탐사전류는 각각의 다른 중성선으로 나뉘어져 탐사전류가 흐를 수 있게 되고, 이는 지상에서 자계신호를 측정하여 경로탐사할 때 우회 중성선 전류를 매설경로라고 판단하는 탐사오류의 주 원인이 된다.

도 14는 탐사하고자 하는 전압(상)선이 포함된 매설관로의 A-A' 섹션에서 반대극성을 가진 전압(상)선과 중성선에 서로 반대방향 탐사 전류신호가 흐를 때와, 전압(상)선이 불포함된 매설관로 B-B' 섹션에서 단일방향 탐사 전류신호가 흐를 때 전선 사이 자기력 관계를 도시하고 있다. 즉, 반대방향 전류가 흐르는 탐사대상 지중매설관로 전선간 자기력은 반발력이 발생하는 반면에, 중성선 전류 단일방향 전류가 흐르는 비탐사 대상 지중 매설관로는 전선간 자기력으로 인해서 흡인력이 발생하게 된다.

도 15는 도 14에서와 같이 전선간 반발력 또는 흡인력을 발생하는 자계신호를 지상에서 검출하였을 때 나타나는 특성을 도시한 도면이다.

전압(상)선이 포함된 지중 매설관로에서 방출하는 자계신호는 전선간 반발력 때문에 전선의 직상(전선중간) 위치에서는 Null 현상이 발생하여 자계신호가 약해지나 양단에서 반대극성을 가진 자계신호가 검출되고, 전압(상)선이 포함되지 않는 지중 매설관로에서는 반발력이 발생하지 않아 감쇄가 이뤄지지 않게되고 전선 직상에서 신호 최대값이 나타나고 있다.

이러한 현상 때문에 상쇄현상 없는 중성선 우회선로가 방출하는 자계신호가 실제 전압(상)선 및 중성선 매설경로에서 두 선간 자계 반발력에 의한 자계신호 상쇄현상으로 자계신호가 적어져서 탐사자가 우회 중성선 선로를 전압(상)선 매설경로라고 판단하는 탐사오류의 주 원인이었다.

이와 같이 종전에는 경로탐사 시에 극성 판단 없이 단지 자계신호의 크기만을 고려하여 자계신호 최대점이 선로 매설위치라고 판단하였다. 한편, 본 발명에서는 정확히 전압(상)선만을 추적하기 위해서는 도 15와 같이 매설관로 직상에서 자계신호의 Null 현상을 보이고, 자계신호 양단에는 반대극성 신호를 검출하도록 도 16과 같이 4개의 자계신호 수신용 페라이트 코일을 15cm 간격으로 수평방향 설치하고 지면 20cm 상에서 전선과 직각을 유지하여 탐사 전류신호에 의해 발생되는 자계신호를 측정하도록 제작하였다.

전압(상)선과 중성선이 설치된 지중매설관로 상에서 수신된 자계신호에서 전력주파수 관련 신호를 제거한 파형은 도 17과 같다. 즉, 3개 파형중 상단은 도 16의 최 좌측 자계센서(①) 신호이고, 중간은 최 우측센서(②) 신호 , 그리고 하단은 중앙에서 우측 자계센서(③) 신호이다. 최 좌측센서(①) 신호는 부(-)극성을 나타내는 반면 최 우측과 중간 우측에 위치한 센서(②),(③) 신호는 양(+)극성을 나타내어 3개의 자계센서파형에 서로 상반되는 극성의 자계신호를 관찰할 수 있다.

반면 도 18은 중성선 우회선로가 설치된 지중매설관로 상에서 수신된 자계신호를 3개의 파형 모두가 단일극성인 양(+)극성을 보여주고 있다.

도 19는 도 16과 같이 다수의 자계센서로부터 동시에 자계 신호극성(회전방향)과 신호크기를 수신하여 전선 매설방향을 판정하는 판정 로직이다. 즉, 4개의 센서 중 반대극성 자계 유무를 최우선으로 파악하고, 반대극성을 가진 자계센서 사이에 Null과 같이 자계신호 상쇄현상이 발생하면 전압(상)선이 포함된 지중매설관로의 직상 위치라고 판정하고 전진이동 표시한다. 또한, 4개의 자계센서 중 다른 극성과 동일 극성이 동시에 검출될 때는 동일극성의 반대 방향으로 탐사위치 이동하도록 하였다. 한편, 서로 같고 다른 두개의 극성이 동시에 검출되었을 때는 신호가 낮은 방향으로 탐사위치 이동하도록 하였다. 그리고, 모든 신호가 동일 방향일 경우에는 신호 최고점 방향으로 이동 표시하도록 하였고 전압(상)선 미포함 신호라는 것을 알 수 있도록 하였다.

도 20은 도 16의 다수 자계센서를 장착하고 도 19의 지중관로 매설방향 판정로직을 탑재한 장치를 도 25와 같이 제작하여 중성선 공용접지된 전력선 경로를 탐사한 결과이다. 정상적으로 상선과 중성선이 한 관로에 매설된 탐사대상 선로는 양극성 자계신호가 검출되어 도 19의 반대극성 자계신호 방향판정 로직을 사용한다. 도 21에서 탐사대상이 아닌 탐사전류 우회 타 중성선 매설경로에는 도 19의 동일극성 자계신호 방향판정 로직을 사용하여 신호최대점을 따라 매설경로를 파악하였다.

다수의 자계센서를 이용하여 동시에 입력된 여러 개의 자계신호 극성과 크기를 비교하는 방향판정 로직을 이용한 경로탐사 기술 개발로, 탐사대상인 전압(상)선이 포함된 지중 매설관로만을 정확히 추적하여 대지 상에서 이동하며 대지전위 상승점을 탐사하여 전압(상)선 절연불량에 의한 감전사고 예방이 가능하도록 하였다.

다음은 전압(상)선 매설경로를 따라 이동하며 누전이 발생하고 있는 대지전위 상승점을 탐사하는 장치 및 방법에 대해 설명한다.

도 10에 도시된 바와같이 끝이 뾰족한 대지접촉 단자를 사용하여 대지전위 측정 시에 힘을 주어 대지와 접촉하여 측정하고 이동하므로 측정시간이 장시간 소요되는 문제점이 있었다. 이를 개선하기 위하여 도 22에 도시된 바와 같이 처음에는 주철로 된 쇠바퀴 전극을 만들어 이동 및 측정하였다. 그러나, 바퀴 표면에 흙과 같은 이물질이 쉽게 부착되어 대지접촉이 나빠지고 또한 바퀴경이 적어 대지접촉 면적도 좁아서, 도 23에 도시된 바와 같이 고무타이어 바퀴 외경에 도체를 감고 그 위에 벨크로와 같은 쉽게 마모되지 않는 섬유포로 감싼 후 주수하였다. 이와같이 하면 섬유포 표면에 부착된 이물질이 제거되고, 섬유포가 수분을 머금어 지표면과 대지접촉 전위가 균일하게 분포되어 이동하며 AC 상용전원 대지전위를 측정할 수 있게 되었다.

도 24는 지중 배전지역 내 누전발생 여부를 신속히 확인할 필요가 있는 경우 다수의 주수형 바퀴전극이 장착된 차량용 대지전위 측정장치의 구성 사례이다. 차량 견인이 가능한 트레일러에 여러 개의 주수형 바퀴전극을 수평으로 설치하여 지중 전력선 매설 예상장소 주변을 넓게 동시에 측정할 수 있도록 제작하여 차량에 연결하여 이동하며 측정값과 이동궤적 정보를 합쳐서 서버에 전송하여 저장한다.

도 25는 도 24에 도시된 장치를 제작하기 위한 내부 구조도이다. 매설경로 탐사 자계신호 또는 매설경로 지도를 따라 다수개의 주수형 바퀴전극을 대지와 접촉하여 이동하며 전압과 전류를 측정하고 측정결과를 도 26의 예와 같이 8개 주수 바퀴전극간 AC 상용전원 대지전위 전압, 전류 값과 이동궤적 정보와 날씨정보 등을 포함하는 데이터베이스 형식으로 저장, 관리된다. 이때 추가로 전류를 측정하는 것은 대지전위 전압 검출장소에서 정지하여 내부 임피던스 변경방법으로 누전전압 여부를 확인할 수 없기 때문에 대신에 대지전위 상승점에서 전류계에 전류를 흘려서 전위값 변동이 있는지 여부를 확인하므로 누전에 의한 대지전위 상승위치를 파악하기 위함이다.

도 27은 도 26의 데이터베이스의 이동궤적 정보의 상세 내용을 기록하는 또 다른 데이터베이스 내용이다.

도 28은 상기 데이터 베이스와 이동궤적정보를 사용하여 지도상에 위치별 AC 상용전원 대지전위 전압, 전류값을 다른 색깔로 표시한 사례이다.

이렇게 차량용 대지전위 측정장치를 사용하여 빠른 속도로 이동하며 전압(상)선의 절연불량에 의해 AC 상용전압 대지전위 전압상승 누전위험 지역을 파악한 후, 굴착 누전위치를 파악하기 위하여 누전위치 정밀탐사를 시행한다.

도 29는 누전위치 정밀탐사 용도로 3개의 주수형 바퀴전극을 가진 손수레용 이동식 대지전위 측정장치 구성을 보여 주고 있다. 도 28의 차량용 대지전위 측정장치 순시결과 등을 통해 AC 상용전원 대지전위 전압 상승위치 정보를 얻고, 그 위치에서 손수레용 대지전위 측정장치를 작업자가 도보로 이동하며 누전위치 정밀탐사를 시행한다. 4개의 자계센서가 매설된 저압선으로 부터 자계신호를 수신하여 도 44의 자계신호 프로토콜 또는 도 61의 자계신호 진위판정 업무순서와 같이 비연속 특성을 가진 자계신호 '0101000'이 입력되면 도 60의 자계신호 시작시간으로 설정하고 그 후에 매 전력주파수 싸이클 간격을 두고 자계신호 값을 측정하여 신호극성 및 크기를 추출하여 전압(상)선 매설경로 방향을 판정하고 위치별 자계신호를 수신하여 전압(상)선 매설위치 방향판정 단계와, 전압(상)선 매설 경로 상 대지에서 3개의 주수형 바퀴전극을 통해 대지와 접촉하여 AC 상용전원 대지전위를 이동측정하기 위하여 도 47과 같이 전력주파수 범위(30~300Hz)내의 신호를 입력 임피던스를 거쳐 측정하고 일정값 이상일 경우 임피던스를 낮춰 전압값을 유지하는지 여부를 확인하고 비교하여 도 48 내지 도 51과 같이 상호 전극간의 값을 비교하여 AC 상용전원 대지전위 최대 상승위치를 파악하는 단계와, 상기 상용전원 주파수 대지전위 상승위치에서 전압(상)선 누전에 의해 대지 표면에 존재하는 DC 대지전압을 검출하여 DC 대지전압 신호에 포함된 논리값을 분석하여 논리값 '1'일 때 DC 대지전압 신호의 극성(크기)을 비교하여 DC 대지전압 최대 상승점을 탐사하여 누전점으로 판정하는 단계와, 상기 누전점에서 DC 대지전압 신호가 함유한 논리값을 분석하여 누전저압선 정보를 파악하는 단계 등을 포함하고 있다.

재정리하면 누전탐사 업무는 (1)자계신호 극성과 크기를 분석하여 전압(상)선매설경로를 파악하여 이동하고, (2)전압(상)선 누전으로 대지에서 AC 상용전원 대지전위 검출위치를 파악하는 단계, (3) 전압(상)선 AC 상용전원에 포함된 DC 대지전압 최대 상승점을 누전점으로 판정하는 단계, (4)DC 대지전압에 함유된 논리값을 분석하여 누전 저압선 정보를 파악하는 단계 등을 포함하고 있다.

신속한 이동이 가능한 차량용 대지전위 측정장치는 정확한 매설경로 파악없이도 도면에 표시된 매설경로 정보를 따라 매설 예상지역에서 다수의 전극을 사용하여 주변을 넓게 AC 상용전원 전위 상승위치를 파악하고, 그 상승위치에서 손수레용 대지전위 탐사장치를 이용하여 누전위치를 정밀탐사한다.

누전위치 정밀탐사를 위해 정확한 전압(상)선 매설경로를 따라 이동하며 AC 상용전원 대지전위 전압값을 연속 측정하고, 일정값 이상이 검출되는 곳에서 전압측정 내부 임피던스를 감소하여 대지전위 전압값이 유지되면 누전전압이라 판단하고 누전발생 위치를 찾는다. 누전발생 위치에서 정확한 누전점을 파악하기 위해 전압(상)선에 포함된 DC 대지전압 측정하여 최대점을 누전점(굴착위치)으로 파악하고, DC 대지전압에 포함된 논리코드 값을 분석하여 누전 저압선 정보를 파악한다. 이 때 정확한 DC 대지전압 측정을 위해 경로탐사용 자계신호와 동기된 시간에 DC 대지전압을 측정하여 탐사 정확도를 향상하였다.

도 30은 위와 같은 정밀 누전탐사를 위해 손수레용 대지전위 측정장치의 실제 제작 사례이다.

차량 또는 손수레용 대지전위 측정장치는 일반 타이어와 같은 고무바퀴에 도체를 둘러 설치하고 이동 시 주수하여, 이전기술과 같이 일일히 지면에 뾰족한 프로브를 힘을 주어 접촉할 필요가 없다. 또한 차량으로 이동하면 바퀴전극이 회전하며 차체 무게에 의해 대지면에 접촉되고 주수에 의해 불순물 제거 및 수분에 의해 접촉면 대지전위가 균일하게 분포되어 AC 상용전원 대지전위 전압 및 전류를 신속히 이동하며 측정하여도 누전위치 파악 가능하다. 이렇게 측정된 대지전위 측정값과 위치정보 등을 데이터베이스 형식으로 서버 등에 저장하고 분석관리할 수 있도록 한다.

이렇게 서버에 저장된 데이터베이스는 어느 지역에서 대지전위 상승이 검출되었을 때 이전 데이터 등과 비교하여 불량진행 과정을 분석하는데 활용 가능하다.

도 31은 중성선 비접지 경우에 AC 상용전원 대지전위 전압 파형이다. 파형이 원래 정상 사인파와 비슷하여 대지전위 최대점의 파악이 가능하나, 도 32와 같이 중성선 대지접지 경우 AC 상용전원 대지전위가 중성선 대지접지된 PEN점 근처에서 여러 전압들이 합성되어 전압파형 왜곡이 일어나 최대점(누전점)을 파악하기 어려워 진다. 이를 현장에서 확인하기 위해, 도 33과 같이 누전이 발생하는 중성선 접지된 맨홀 근처에서 누전발생 대지와 맨홀뚜껑(대지접지와 중성선 연결선에 본딩된 금속체)사이 AC 상용전원 대지전위를 측정하고, 도 34는 AC 상용전원 대지전위 전압 파형을 보여주고 있다. 용량성 결합 등에 의해 전압 파형이 왜곡되므로 사인파 최대점과 제로크로싱점을 정확히 파악할 수 없어 누전점 탐사가 어렵게 된다.

위와 같이 AC 상용전원 대지전위 전압 파형이 왜곡되어 탐사 어려움을 극복하기 위해 구별 가능한 다른 형태의 DC 대지전압 신호를 전압(상)선에 추가로 전송하여 누전점 탐사 정확도를 향상시켰다.

도 35는 종래의 도 13과 같은 경로탐사 신호를 발생하는 탐사전류 발생장치를 설치한 것에 추가하여 도 36과 같은 DC 대지전압 신호를 발생하는 대지전압 측정신호 발생장치를 저압선에 연결한 구성 도면이다. 전압(상)선에 단극성 특성을 가진 DC 대지전압 신호를 전송하여 AC 상용전원 대지전위 상승점에서 왜곡된 AC 전압파형에 의해 정확한 위치를 파악할 수 없는 문제점을 극복하도록 하였다.

보통은 대지전압 측정신호 발생기를 전원측에 설치하여 대지전위를 측정할 수 있도록 전압(상)선과 중성선 사이에 반파정류 DC 전압을 발생하고, 반대쪽 부하측에는 탐사전류를 발생하여 작업자가 경로탐사하며 대지전위를 측정하도록 구성하였으나 필요에 따라서 설치장소에 제한을 받지 않고 부하측에도 설치 가능하고 저압선 구성에 따라 단상 또는 삼상에 맞게 변경할 수 있도록 하였다.

먼저 DC 대지전압을 전압(상)선에 포함하여 전송하는 DC 대지전압 측정신호 발생장치의 신호발생 방법을 설명하면, 도 36과 같이 일정한 위상각에 스위칭 소자 IGBT의 게이트에 Tg 시간 동안 전압을 인가한 후 제거하면 IGBT에 흐르는 전류가 짧은 순간 차단되어 단극성 특성을 가진 DC 전압 Vp가 발생하게 된다.

도 37은 실제 DC 대지전압 신호파형을 보여주고 있다. 단극성 펄스로서 320V 이하 크기를 보여주고 있다. 즉, 220V 상용전압의 허용 RMS 최대값 233V(220V +13V)의 피크 전압인 239V(233 * 1.414)이하 크기의 펄스 전압으로 전송되는 것을 알 수 있다.

도 38은 도 37을 확대한 모습이다. Ti가 약 40 마이크로 초 유지된 후 전류 흐름을 끊으면 약 320V의 단극성 DC성분을 가진 대지전압 측정신호를 발생한다.

도 39는 만약 중성선과 전압(상)선을 바꿔 연결하여 DC 대지전압 신호를 보내도 이를 구분하여 정확히 전압(상)선에 포함된 DC 대지전압 신호만을 구분할 수 있는 것을 설명한 도면이다. 즉, 전압(상)선과 중성선이 바뀌어 DC 단극성 전압 신호가 180도 위상차 시간에 전송되어도 대지전위 측정장치는 측정시간을 상향 제로크로싱 점으로 부터 계산하여 위상각 시간에 측정하기 때문에, 중성선과 전압(상)선이 바뀌어 DC 대지전압 신호를 전송하여도 검출시간이 달라 무시되어 검출되지 않고 항상 전압(상)선에 포함된 DC 대지전압 신호만을 검출하도록 하여 전압(상)선 절연불량을 파악할 수 있다. 또한, DC 대지전압 신호의 유무에 따라 논리값 '1'과 논리값 '0'을 구분하여 누전 저압선의 연결정보 즉 전원변압기, 상, 회선 정보 등을 파악할 수 있는 것이다.

도 40은 도 35에서 전력선의 부하측에 위치하여 전압(상)선 경로탐사를 위한 탐사전류 발생장치의 전류신호 발생 방법을 설명한다. Tg 시간 만큼 스위칭 소자 IGBT에 게이트 전압을 인가하면 IGBT에 전류가 흐르기 시작한다. 그러나, 도 35의 다이오드가 부극성 전압 흐름을 차단하므로 IGBT가 스위칭되어 전류가 흐를 수 있어도 전원측에 있는 다이오드가 역전압을 저지하여 전류가 흐를 수 없도록 차단되어, 도 36과 같이 스위칭 소자 차단에 의한 전압 Vp가 발생되지 않고 Ti 시간만큼 탐사전류가 흐르게 된다. 이렇게 무전압 IGBT 스위칭으로 누전탐사용 DC 대지전압과 경로탐사용 탐사전류신호는 각각 다른 특성을 가져서 같은 저압선에 발생하여도 상호 간섭을 주지않도록 하였다.

도 41은 도 40의 탐사전류 신호를 자세히 설명하기 위해 오실로스코프 파형을 캡처한 사진이다. 최대전압 Vp가 320V (220 * 1.414)인 전압(상)선과 중성선 양단에 도 35와 같이 2.5Ω 저항값을 가진 전류제한 저항을 연결하고 반파전류 소멸점으로 부터 1.5ms 이전에 스위칭하여 통전할 때 전압과 전류는

,

Vt=174V가 되어 이때 전류 신호 순시값은 약 65A가 흐르게 된다(도체 저항 0.17Ω 포함). 만약 전류신호 발생용 저항을 2.0Ω으로 선택하였다면 약 147A의 순시 전류 신호가 발생하게 된다.

이러한 일정한 교류전압 위상각에 스위칭하여 고정된 전류(65A)를 흐르게 하고 반파전류가 다이오드에 의해 소멸되기 이전에 IGBT를 차단하면 역전압이 발생하여 도 36과 같은 DC 전압이 발생하게 되고, 만약 소멸 이후에 IGBT를 차단하면 도 40과 같이 전압은 없고 DC 전류만 발생하게 된다.

이에 누전점에서 전압(상)선에 포함된 DC 대지전압 측정신호가 존재하나 검출시간을 계산하기 위한 기준시간인 AC 사인파의 제로크로싱 점이 도 32 또는 도 34과 같이 파형 왜곡되어 기준시간을 정할 수 없게된다. 따라서 짧은 순간 유지되는 펄스파 신호를 검출하기 위해서는 신호발생 시간을 맞출 수 없어서 DC 대지전압 측정신호를 검출하지 못하게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 도 42와 같이 DC 대지전압 측정신호를 검출하도록 (1) 대지전압 측정신호 발생장치, (2) 탐사전류 발생장치, (3) 대지전위 측정장치로 구성되어 탐사전류 발생장치가 만드는 자계신호를 수신하여 전압(상)선 경로를 따라 대지 상에서 이동하고, 전압(상)선 누전에 의해 AC 상용전원 대지전위 상승점과 AC 상용전원에 포함된 DC 대지전압을 상기 자계신호 수신시간과 일정 시간간격을 두고 DC 대지전압 펄스신호를 검출하여 논리값 "1"일 때 신호극성을 비교하여 최대점을 누전점 위치로 판정하기 위하여 다음과 같이 한다. 즉, 도 43에 도시된 바와 같이 (1)대지전압 측정신호 발생장치와 탐사전류 발생장치간 DC 대지전압 신호 발생시간을 정하고, (2)상기 정해진 시간을 탐사전류 발생장치가 자계신호 형태로 대지전위 측정장치로 통보하고, (3) 대지전위 측정장치는 자계신호를 통해 알게된 DC 대지전압 신호 발생 시간에 맞춰 DC 대지전압 측정신호를 검출하여 극성비교를 통해 누전점을 파악할 수 있도록 하였다. 또한, DC 대지전압 측정신호 발생장치가 보내는 누전회선 정보를 DC 대지전압에 포함된 논리값을 분석하여 누전회선이 연결된 변압기, 상 및 회선정보를 파악하여 굴착이전이라도 위험한 저압선을 분리할 수 있도록 하여 안전사고를 예방할 수 있다.

도 44는 대지전압 측정신호 발생장치와 탐사전류 발생장치 그리고 대지전위 측정장치 간의 시간 동기 등을 포함한 프로토콜 교환과정을 설명한다. 대지전압 측정신호 발생기가 각 상별로 순차적으로 대지전압 측정신호 시작시간을 알리고 난 후에 탐사전류 발생장치의 응답을 기다리다가 사례와 같이 B상에서 응답이 올 경우 대지전압 측정신호 발생장치의 정보를 알리고 정의된 시간에 연속하여 대지전압 측정신호를 전송하면 대지전위 측정장치가 누전점에서 신호를 검출할 수 있도록 한다. 대지전위 측정기는 자계신호를 수신하여 전력선 경로탐사 및 측정시간을 파악하여 정해진 시작 시간에 맞추어 대지전압 측정신호를 검출할 수 있도록 하고 DC 대지전압에 포함된 누전저압선 정보를 파악할 수 있도록 한다.

도 45는 대지전압 측정신호 발생장치 내부 구조를 설명한다. 대지전압 측정신호 시작시간을 맞추기 위한 탐사전류 발생장치 연계부, 3상/단상선택, 고유 ID 정보 등을 입력하고 설정하는 입력/설정부, 도 36과 같은 시간특성을 가진 스위칭소자에 흐르는 전류단속으로 각 전압(상)선에 DC 대지전압 펄스를 120도 위상차를 두고 발생하는 대지전압 측정신호 발생부, DC 전압펄스에 의미값(논리값)을 부여하는 코딩부 등을 포함한다. 또한, 스위칭 조작에 의한 전류 크기와 출력 DC 전압 크기는 비례하여 증가하는 특성을 가지고 있어 도 36의 게이트 전압 인가 시작 위상각을 AC 전압 사인파의 최대값에 가깝게 하면 더 큰 전류가 흐르게 되고 전류 차단시에도 비례하여 더 큰 에너지를 가진 전압신호가 발생하여 전달된다.

도 46은 탐사전류 발생장치의 블록도이다. 전원연결부에서 전압(상)선과 중성선을 연결하고 반파 정류부를 지난 단극성 반파전압을 대지전압 측정신호와 동기된 시간에 스위칭하여 전류제한 저항을 통해 탐사전류를 흘리면 단극성 반파전류가 흐르게 되고 이 탐사전류 신호가 자계신호로 변환되어 대지전위 측정기에 대지전압 측정신호 시작시간을 알리면 대지전위 측정기의 경로탐사부에서 자계신호를 검출하여 전력선 경로탐사 및 DC 대지전압 신호 시작 시간으로 사용한다. 이와 같이 상기 3가지 구성 요소간에 시간 일치 협조하여 측정 정확도를 향상하였다.

도 47은 손수레용 대지전위 측정장치의 내부 간략 회로도이다. 본 회로는, 세개의 주수형 바퀴전극을 통해 입력된 신호는 입력선택 스위치 및 증폭기와 대역필터(40~300 Hz)를 거쳐 AC 상용 전력주파수 범위 내로 걸러진 후, 내부저항 선택부에서 설정된 저항의 양단에 걸리는 전압을 디지털화하는 ADC부 등을 포함하는 AC 상용전원 대지전위 탐사부, 상기 AC 상용전원 대지전위 탐사부에 포함되어 측정감도를 최대한으로 높이기 위해 내부저항을 무한대(INFINITE)로 설정하여 이동측정하고 도 55와 같이 AC 상용전원 대지전위가 일정값(50mV) 이상 검출장소에서 정지하여 입력저항이 변화하여 유도전압과 같은 가짜 전압(Ghost Voltage)이 아니고 실제 에너지를 가진 감전위험 누전전압 여부를 판단하는 내부저항 선택부, 상기 누전전압 검출위치에서 누전점 정밀탐사를 위해 대지접촉 전극으로부터 입력된 신호를 15kHz 이상 신호만을 걸러내 10MΩ 저항 양단에 DC 대지전압 신호를 상기 ADC부에서 검출하여 디지털화 할 수 있도록 하는 DC 대지전압 측정부, 상기 ADC부에서 디지털화된 신호를 DC 대지전압 펄스신호 발생시간에 맞춰 측정할 수 있도록 전압(상)선 매설경로 탐사부로 부터 전압(상)선 DC 대지전압 측정시간을 수신하여 DC 대지전압 측정시간을 제어하는 DC 대지전압 신호 측정시간 동기부, 상기 DC 대지전압 신호 측정시간 동기부로 부터 통보받은 DC 대지전압 신호 측정시간 대역 내에서 논리값 '1'과 '0'을 구분하고 '1'값 신호의 크기(극성)를 비교하여 DC 대지전압 최대 상승점을 누전점으로 판정하는 누전점 검출부, 상기 누전점에서 DC 대지전압 신호의 논리값을 해석하여 탐사시작신호, 누전저압선 정보 등을 파악하는 누전회선 정보파악부 등을 포함한다.

또한 GPS 수신기와 바퀴회전 카운터 등을 포함하는 관성측정장치로 부터 위치정보를 취득하는 위치정보부와 통신매체를 통해 서버에 위치별 측정 데이터를 저장관리하는 통신부 등을 포함할 수 있다.

도 48은 누전지점에 도달하기 이전 위치에서 3개의 주수형 바퀴전극으로 부터 입력된 AC 상용전원 대지전위 전압값을 보여준다. V2가 V1,V3에 비해 낮게 나타나고 있다.

도 49는 누전점 바로 위에서 AC 상용전원 대지전위 측정값이다. V1,V2,V3의 값이 최소값을 보이고 있다.

도 50은 도 49의 누전점을 지났을 때 3개의 주수형 바퀴전극을 통해 측정된 AC 상용전원 대지전위 값이다. V2가 V1, V3에 비해 높게 나타나고 있다.

위와 같은 바퀴전극간 AC 상용전원 대지전위 측정값을 비교 분석하여 일정 값 이상의 전압값이 존재하다가 3전극간 대지전위 값이 최저가 되는 위치가 누전점라고 판정할 수 있다.

도 51은 도 33 위치에서 DC 대지전압 신호 파형을 오실로스코프 화면 캡처한 사진이다. 그리고 도 52는 도 34의 AC 상용전원 대지전위 파형과 도 51의 DC 대지전압 신호 파형을 비교한 파형캡처 사진이다.

누전 AC 상용전원 대지전위 파형과 15kHz 이상 대역에서 검출된 DC 대지전압 신호와는 파형위치가 일치하지 않고 왜곡되었다는 것을 알 수 있다. 이런 상태에서 DC 대지전압 신호를 측정하지 않고 AC 상용전원 대지전위 측정만으로 누전점을 탐사하면 누전점 위치 오류가 발생할 수 밖에 없다.

도 53은 탐사전류 발생장치가 DC 대지전압 신호발생 시간 통보와 실제 발생시간(측정시간)과의 관계를 보여주는 실례 사례이다. 3상 전원은 각각 120도 위상차를 가지고 사인파 전압파형이 반복되고 있다. 만약 A상(녹색) 전압(상)선에 DC 대지전압 신호를 발생하는 경우에 이보다 120도 시간 빠른 C상 저압선에 전류신호를 시간 T에 보내면 대지전위 탐사장치는 자게신호 수신 후에 1/3 싸이클 후 DC 대지전압 신호가 발생된다는 것으로 이해하고 그 시간에 맞춰 DC 대지전압 신호를 측정하여 극성 및 논리값 등을 분석하는 탐사용 자계신호 시작시간 T와 DC 대지전압 신호값 측정시간과의 관계를 보여주고 있다.

대위전위 측정장치가 탐사용 자계(전류)신호를 시작시간 T에 맞춰 수신하고 약속된 일정시간 경과 후(실례에서는 교류파형의 1/3싸이클 시간 후) DC 대지전압 측정신호를 대지에서 검출하는 것이다.

도 54는 도 53과 같이 약속된 일정시간 경과 후 DC 대지전압 신호 측정시간 대역과 DC 대지전압위 파형을 동시에 캡처한 화면이다. 신호측정 시간대에만 상기 DC 대지전압 신호 측정부의 내부입력저항 양단 전압을 측정하고 값이 존재하면 논리값 '1', 존재하지 않으면 논리값 '0'으로 판정한다. 화면에 나타난 논리값은 '00110'값을 보여주고 있다.

도 55는 누전탐사 업무 순서도이다. 도 42에서와 같이 탐사전류 발생기와 대지전압 측정신호 발생장치를 탐사대상 저압선에 연결하고 정밀 누전탐사일 경우에는 전압(상)선 매설경로를 따라서, 그리고 지중 배전지역 내 누전여부를 탐사할 경우에는 전력선 매설 예상지역 주변을 다수의 주수형 바퀴전극을 이용하여 AC 사용전원 대지전위 상승 누전위험 지역을 탐사하고, 대지전위 상승 누전위험 지역에서 DC 대지전압 상승점 및 논리값을 수신하여 누전점 및 누전저압선 정보를 파악한다.

도 56 및 도 57은 대지전위 측정장치의 전면모습과 화면을 보여주고 있다. 탐사자 1인이 두개의 화면을 통해 전압(상)선 매설 경로탐사 및 대지전위 상승점 측정업무를 이동하며 수행할 수 있도록 하였고, 대지전위 측정용 주수형 바퀴전극, 멀티 자계신호 센서, 바퀴전극 면과 대지간 접촉저항을 줄이기 위해 연속 주수하는 물통과 물 호스 등을 구비하고 있다.

도 58은 대지전위 측정장치의 전압(상)선 매설경로 탐사결과 표시 화면이다. 도 29의 자계센서 2와 4번의 자계신호가 다른 극성을 보이고 있고 자계센서 3이 Null 현상(신호값 0에 가까운 값)을 보이고 있어, 탐사대상 저압(상)선과 중성선이 설치된 지중 매설관로 대지 상에 있다고 판단하여 전진 방향 표시되는 것을 볼 수 있다.

도 59는 3개의 주수형 바퀴전극에서 입력된 대지전위 값 V1, V2, V3를 표시하는 화면이다.

도 60은 대지전위의 일정값 이상 검출되어 경보발생된 위치에서 도 47의 내부저항 선택부의 저항값을 변경하여 대지전위가 유도 등에 의해 발생되는 전압이 아니고 실제 누전전압인지를 판단할 수 있도록 하였다.

도 61은 대지전위 측정장치가 자계신호를 측정하는 순서를 표시한 것이다. 부하전류의 영향을 최소화하기 위해 600Hz 대역통과 필터를 통과하여 부하전류 영향을 최소화하였고 디지털 변환 후 다시 전류 흐름 신호열과 비슷한 신호 열들을 복원한 후 도 62와 같은 신호진위 여부 판정을 거쳐 시작시간 T가 설정되면 추후 자계신호 극성과 크기를 계산하는 측정 기준시간에 맞추어 활용한다.

도 62를 참조하면, 자계신호 진위판정 로직은 표본화 신호 열 16개를 평균하여 탐사신호 발생장치의 탐사 전류신호 열과 같은 구조를 가진 형태로 복원하고, 신호 열 중에서 문턱값 이상의 논리 '1'이 검출된 신호의 앞뒤 전력주파수 1싸이클 (16.7ms) 시간차를 갖는 전류신호 값과 차를 구하여 문턱값 이하 값을 가진 신호가 논리값 '0'의 비연속 특성을 가졌고, 추가로 논리 '1000'을 만족하면 참 신호로 판정하고 도 61의 시작 시간 T로 설정한다

도 63은 대지전위 측정장치의 전력선 매설경로 탐사부와 위치정보부를 상세히 설명한다. 위치정보부는 위성항법장치와 관성측정장치 정보에 바퀴 회전 카운터 정보 등을 조합하여 위치정보를 제공하므로 도 11과 같이 위치정보 dB에 기록되어 이동경로별 대지전위값을 도 12와 같이 지도에 매핑할 수 있도록 한다. 4개의 센서로 부터 입력된 자계신호를 전력선에서 발생하는 부하전류에 의한 신호영향을 줄이기 위해서 600Hz 대역 필터로 부하전류 성분을 제거한 후 19,200Hz로 표본화하여 디지털 신호로 변환한다. 변환된 디지털 신호를 다시 전류 신호 주기로 변환하기 위해 표본화 신호열 16개(0.8ms)를 평균하거나 최고치를 산출하여 전류 신호 폭(1.5ms)과 같은 신호 열을 가진 신호로 복원한다. 이렇게 복원된 자계신호를 분석하여 진위여부를 가리고 참 신호라고 판단되면 자계신호간의 크기와 극성을 비교하여 전력선 매설 진행방향을 판정하고 또한 대지전압 측정신호 시작시간을 대지전원 상승점 탐사부로 전달하고 위치정보부로 부터 좌표정보를 수신받아 전력선 매설경로 위치정보를 기록하는 기능을 한다.

전술된 것은 여러 실시예의 특징의 개요에 관한 것으로서 당업자라면 본 개시의 특징들을 더 잘 이해할 수 있다. 당업자라면 동일 목적을 수행 및/또는 본원에 소개된 실시예의 동일 장점들을 달성하기 위해서 다른 방법 및 구조를 설계 또는 수정하기 위한 기초로서 본 개시를 쉽게 이용할 수 있음을 알 수 있다. 당업자라면 그러한 균등한 구성이 본 개시의 사상 및 범위에서 벗어나지 않는 한 여러 변화, 치환 및 변경이 가능함을 알 수 있다.

Claims (20)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 저항;
   다이오드;
   임의의 장소에서 비접지 교류 전원 1선을 공급받는 전원소스;
   임의의 장소에서 상기 교류 전원의 또 다른 1선을 공급받는 전원싱크;
   상기 전원소스 및 상기 전원싱크에 연결되어, 직렬로 연결된 상기 저항과 상기 다이오드에 흐르는 전류를 단속하는 스위칭부;
   상기 교류 전원의 위상각에 따라서 상기 스위칭부를 동작시키고 상기 스위칭부에 흐르는 반파 전류의 소멸점 이전에 스위칭부를 차단하는 스위칭 제어부; 및
   상기 스위칭 제어부를 논리에 따라 신호발생 유무를 제어하여 상기 전류 흐름에 의미를 부여하는 코딩부;
   를 포함하는 대지전압 측정신호 발생장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 스위칭 제어부의 동작시간을 타 장치와 통신하여 시간 동기를 맞추는 연계부를 더 포함하는 대지전압 측정신호 발생장치.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 전원소스의 구성이 3상일 경우 상기 스위칭부를 3개 구비하는 대지전압 측정신호 발생장치.
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 코딩부에 자기정보를 입력하며 3상/단상을 설정하는 입력/설정부를 더포함하는 대지전압 측정신호 발생장치.
10. 전력선의 매설경로를 파악하기 위하여,
    저항;
    다이오드;
    임의의 장소에서 비접지 교류 전원 1선을 공급받는 전원소스;
    임의의 장소에서 상기 교류 전원의 또 다른 1선을 공급받는 전원싱크;
    상기 전원소스 및 상기 전원싱크에 연결되어, 직렬로 연결된 상기 저항과 상기 다이오드에 흐르는 전류를 단속하는 스위칭부;
    상기 교류 전원의 위상각에 따라서 상기 스위칭부를 동작시키고 상기 스위칭부에 흐르는 반파 전류의 소멸점 이후에 상기 스위칭부를 차단하는 스위칭 제어부; 및
    상기 스위칭 제어부를 논리에 따라 신호발생 유무를 제어하여 상기 전류 흐름에 의미를 부여하는 코딩부;
    를 포함하는 탐사전류 발생장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부의 동작시간을 타 장치와 통신하여 시간 동기를 맞추는 연계부를 더 포함하는 탐사전류 발생장치.
12. 자계센서;
    대지와 정전결합된 다수의 전극;
    상기 자계센서로 부터 입력된 신호 중에 탐사전류 발생장치의 신호 시작시간과 일치하는 시간(T)을 찾아 설정하는 신호판정부;
    상기 시간(T)으로 부터 일정 시간간격으로 일정시간 동안 수신된 자계신호의 크기와 극성을 파악하는 신호검출부; 및
    상기 전극으로 부터 입력된 전압을 측정하는 전위측정부;
    를 포함하는 대지전위 측정장치.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전위측정부는 상기 시간(T)과 동기되어 일정 시간 간격으로 일정시간 동안 상기 전극으로부터 입력된 전압신호의 크기와 극성을 파악하는 대지전위 측정장치.
14. 제 12 항에 있어서,
    상기 신호검출부는 다수개로 설치된 자계센서로 부터, 상기 시간(T)에 맞추어 다수 개의 자계신호의 크기와 극성을 동시에 측정하는 대지전위 측정장치.
15. 제 12 항에 있어서,
    상기 전극으로 부터 입력되는 전압신호 사이에서 값이 다른 여러 개의 저항을 선택하여 저항값을 변경하는 저항선택부를 더 포함하는 대지전위 측정장치.
16. 제 12 항에 있어서,
    상기 전극으로 부터 입력되는 전압신호를 수신하여 누전 전압(상)선의 회선정보를 표시하는 대지전위 측정장치.
17. 삭제
18. 전력선의 전압(상)선에 단극성 DC 전압을 포함하여 전송하는 단계;
    상기 전압(상)선 주변에 매설경로 및 상기 단극성 DC 전압 시간동기 자계신호 전송단계;
    상기 자계신호를 수신하여 전압(상)선 매설경로를 파악하는 단계;
    상기 매설경로 상 대지에서 시간동기 자계신호에 따라 대지전압 측정하는 단계;
    상기 대지전압에서 단극성 DC 전압 극성을 파악하여 누전점 위치를 파악하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 활선 누전점 탐사방법.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 자계신호가 양극성이면 그 반대극 사이의 낮은 신호점 위치를 전압(상)선의 매설위치라고 판정하고 대지전위를 측정하는 활선 누전점 탐사방법.
20. 제 18 항에 있어서,
    상기 단극성 DC 전압에 포함된 정보를 분석하여 누전발생 전압(상)선 정보를 파악하는 활선 누전점 탐사방법.

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