KR101665952B1 - 삼상 배전반 전기배선에 zct와 고주파ct를 이용한 저항성 누설전류와 절연손상을 검출하는 검출시스템 - Google Patents

삼상 배전반 전기배선에 zct와 고주파ct를 이용한 저항성 누설전류와 절연손상을 검출하는 검출시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3상 분전반의 전기회로의 각 센서로부터 검출되는 값을 각 상에 누전되는 전류와 고주파 센서의 펄스파를 비교하여 부하배선에 누전되는 누설전류 및 배선의 절연손상을 검출하는 삼상 배전반 전기배선에 ZCT와 고주파CT를 이용한 저항성 누설전류와 절연손상을 검출하는 검출시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 삼상 배전반 전기배선에 설치되는 ZCT와 고주파 CT로부터 검출된 전류와 누설전류를 합성시킨 것을 고주파 센서로부터 입력된 펄스와 위상비교하여 저항성 누설전류를 구별하고, 절연손상에 따른 아크펄스와 부하전류와 전원 전압기준파와 조합함으로써, 부하전선에서 발생하는 접촉불량을 검출하는 삼상 배전반 전기배선에 ZCT와 고주파CT를 이용한 저항성 누설전류와 절연손상을 검출하는 검출시스템을 제공함에 있다.

Description

삼상 배전반 전기배선에 ZCT와 고주파CT를 이용한 저항성 누설전류와 절연손상을 검출하는 검출시스템{System for detecting the resistive leakage current and the insulation damage using high frequency CT and ZCT}
본 발명은 삼상 배전반 전기배선에 ZCT와 고주파CT를 이용한 저항성 누설전류와 절연손상을 검출하는 검출시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3상 분전반의 전기회로의 각 센서로부터 검출되는 값을 각 상에 누전되는 전류와 고주파 센서의 펄스파를 비교하여 부하배선에 누전되는 누설전류 및 배선의 절연손상을 검출하는 삼상 배전반 전기배선에 ZCT와 고주파CT를 이용한 저항성 누설전류와 절연손상을 검출하는 검출시스템에 관한 것이다.
종래, 한국공개특허 10-2006-0077556호, 과전압 및 누설 전류 차단 장치에 의하면, 외부의 전원 인가수단을 통해 인가받은 전원의 과전압 여부에 따라 전원 인가 신호 또는 과전압 차단 제어 신호를 출력하기 위한 과전압 검출수단, 이러한 과전압 검출수단으로부터 전달받은 전원 인가 신호 또는 과전압 차단 제어 신호에 따라 외부의 전원 인가수단을 통하여 인가된 전원을 인가하거나 차단하여 과전압으로부터 내부회로를 보호하기 위한 과전압 차단수단, 외부의 전원 인가수단과 과전압 차단수단 사이에 구비되어, 내부회로에 전원을 공급하는 전원 공급수단으로부터 과전압 차단수단을 통해 누설되는 전류를 차단하기 위한 누설전류 차단수단을 포함한다.
일반적인 종래 3상 회로에 적용하는 누설전류차단방식은 ZCT에 의한 누설전류를 3상 전체회로에만 적용하는 선택차단접지 계전기(SGR) 등이 사용되고 있으나, 3상의 각상에 발생하는 지락고장은 감지하지 못하고 다 회로 중 하나의 회로를 선택적으로 찾아서 차단하는 방식이었고 각상의 절연불량으로 인한 미세 아크검출을 동시에 부석하여 차단하는 기술은 전무하였다.
따라서 절연피복 손상으로 말미암아 화재로 이어지는 미세 아크 및 누설전류를 각 상별로 구별 못하는 어려움과 케이블의 용량리액턴스에 의한 누설전류로 인해 차단기가 OFF(불필요 차단)되는 등의 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 전술한 점들을 감안하여 안출된 것으로, 삼상 배전반 전기배선에 설치되는 ZCT와 고주파 CT로부터 검출된 전류와 누설전류를 합성시킨 것을 고주파 센서로부터 입력된 펄스와 위상비교하여 저항성 누설전류를 구별하고, 절연손상에 따른 아크펄스와 부하전류와 전원 전압기준파와 조합함으로써, 부하전선에서 발생하는 접촉불량을 검출하는 삼상 배전반 전기배선에 ZCT와 고주파CT를 이용한 저항성 누설전류와 절연손상을 검출하는 검출시스템을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 삼상 배전반 전기배선에 ZCT와 고주파CT를 이용한 저항성 누설전류와 절연손상을 검출하는 검출시스템은 3상 전압 파형을 검출하여 전압구형파로 변경시켜 위상을 검출하는 3상 전압검출부; 전류 검출부의 부하전류파형과 누설전류 검출부의 검출된 전류파형을 합성하는 합성부; 전선의 절연 손상에 의해 발생되는 아크 펄스를 저주파 필터로 1차 걸러내어 증폭된 신호를 상기 합성부의 합성파와 조합하는 고주파 검출부; 및 상기 3상 전압 검출부, 합성부, 고주파 검출부로부터 출력되는 결과신호를 입력받아 발생되는 펄스파를 각 상의 가로선과 세로선이 겹치는 기준점과 상기 아크 펄스를 비교하여 저항성분 누설전류 및 절연손상을 검출하는 제어 비교부;를 포함한다.
바람직하게 분전반 회로에 동 부스바로 연결되는 표면에 센서를 부착 설치하고 접촉 불량 누설전류 또는 규정치 이상의 과전류에 의한 과열감도를 검출하여 상기 제어 비교부에 입력하는 온도검출부;를 더 포함한다.
또한 바람직하게, 상기 펄스파를 각 상의 가로선과 세로선이 겹치는 기준점과 상기 아크 펄스를 비교하여 디스플레이하는 화면표시부;를 더 포함하되, 상기 제어 비교부는 상기 기준점과 아크 펄스 비교시, 각 상의 기설정된 기준점을 기준으로 우측에 위치할 경우, 저항성 누설전류 또는 절연손상 검출신호로 판단하는 것을 특징으로 한다.
그리고 바람직하게, 제어비교부는 삼상 배전반 전기배선에 ZCT와 고주파CT, 전류CT, 전압PT, 온도검출기를 이용하여 3상 전력, 3상 역률, 고장신호를 디스플레이, 경보 및 차단이 원거리 통신으로 이루어지도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바에 의하면, 삼상 배전반 전기배선에 설치되어 저항성 누설전류를 구별하고, 절연손상에 따른 부하전선에서 발생하는 접촉불량을 검출할 수 있는 효과가 있다.
또한 삼상 배전반 전기배선에 ZCT와 고주파 CT를 이용하여 저항성 누설전류와 절연손상 검출 차단 시스템을 소형 경량화할 수 있어, 3상 분기회로와 주회로에 하나의 모듈화로 제작할 수 있고, 3상 배전반에서 발생하는 전기화재 등을 사전에 감지하고 예방할 수 있는 효과가 있다.
그리고 원거리로 데이터 전송하여 외부 점검자로부터 실시간 확인이 가능함으로써 사고시 빠른 대처를 취할 수 있고, 나아가 배선의 누설전류원인 및 절연손상 분석이 용이한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 삼상 배전반 전기배선에 ZCT와 고주파CT를 이용한 저항성 누설전류와 절연손상을 검출하는 검출시스템에 관한 전체 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 삼상 배전반 전기배선에 ZCT와 고주파CT를 이용한 저항성 누설전류와 절연손상을 검출하는 검출시스템에서, 3상 4선식 상업용 분전반에 설치되어 있는 실제회로도의 예시도이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 삼상 배전반 전기배선에 ZCT와 고주파CT를 이용한 저항성 누설전류와 절연손상을 검출하는 검출시스템에서, 제어비교부의 동작특성을 설명하기 위한 예시도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 정상전류가 흐르는 상태에서 각 상의 전류파형을 나타낸 예시도이며,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 R상 배선에 절연 불량이 발생한 경우의 파형을 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 S상 배선에 절연 불량이 발생한 경우의 파형을 나타낸 도면이며,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 T상 배선에 절연 불량이 발생한 경우의 파형을 나타낸 도면이며,
도 8은 3상전압파형의 가공파와 ZCT신호를 증폭시켜 검출된 비교 파형이고,
도 9는 3상전압파형의 가공파와 저항성분 누설전류 신호를 증폭시켜 검출된 비교 파형이다.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 삼상 배전반 전기배선에 ZCT와 고주파CT를 이용한 저항성 누설전류와 절연손상을 검출하는 검출시스템에 관한 전체 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 3상 전압검출부(101), 전류 검출부(103), 합성부(104), 누설전류 검출부(105), 고주파 검출부(107), 제어 비교부(100), 온도 검출부(110), 화면 표시부(112), 통신부(113), 차단 및 경보부(114)를 포함할 수 있다.
3상 전압 검출부(101)는 3상 전압 파형을 검출하여 전압구형파로 변경시켜 위상을 검출하는 기능을 수행한다.
합성부(104)는 전류 검출부(103)의 부하전류파형과 누설전류 검출부(105)의 검출된 전류파형을 합성하는 기능을 수행한다.
고주파 검출부(107)는 전선의 절연 손상에 의해 발생되는 아크 펄스를 저주파 필터(108)로 1차 걸러내어 증폭된 신호를 상기 합성부(104)의 합성파와 조합하도록 하는 기능을 수행한다.
제어 비교부(100)는 3상 전압 검출부, 합성부, 고주파 검출부로부터 출력되는 결과신호를 입력받아 발생되는 펄스파를 각 상의 가로선과 세로선이 겹치는 기준점과 아크 펄스를 비교하여 저항성분 누설전류 및 절연손상을 검출하는 기능을 수행한다.
온도 검출부(110)는 분전반 회로에 동 부스바로 연결되는 표면에 센서를 부착 설치하고 접촉 불량 누설전류 또는 규정치 이상의 과전류에 의한 과열감도를 검출하여 제어 비교부에 입력하는 기능을 수행한다.
화면표시부(112)는 3상 전압 검출부, 합성부, 고주파 검출부로부터 출력되는 결과신호를 입력받아 발생되는 펄스파를 각 상의 가로선과 세로선이 겹치는 기준점과 상기 아크 펄스를 비교하여 디스플레이하는 기능을 수행한다. 이때 제어 비교부(100)는 상기 기준점과 아크 펄스 비교시, 각 상의 기설정된 기준점을 기준으로 우측에 위치할 경우, 저항성 누설전류 또는 절연손상 검출신호로 판단할 수 있다.
이러한 제어 비교부(100)는 삼상 배전반 전기배선의 ZCT, 고주파CT, 전류CT, 전압PT, 온도검출기를 이용하여 3상 전력, 3상 역률, 고장신호를 디스플레이, 경보 및 차단이 원거리 통신으로 이루어지도록 제어할 수 있다.
도 1에서, 3상 전압검출부(101)에서 각 상의 전압 파형을 검출하여 응용하기 좋은 전압으로 낮추어 R, S, T상 파로 구현하고 위상검출부(102)로 입력시켜 각 상의 위상을 검출하며 제어 비교부(100)에 입력한다.
전류검출부(103)에서 검출된 부하전류파형과 누설전류 검출부(105)에 검출된 전류파형을 증폭부(106)로 배압한 결과를 합성부(104)에서 합성시켜 작용된 그 결과의 전류파가 도 4의 R상 파로 제어 비교부(100)에 입력된다.(이하, S상, T상, 동일)
고주파 검출부(107)는 전선의 절연 손상에 의한 미세전류가 흐를 때 발생하는 초미세 아크펄스를 저주파 필터부(108)로 1차 걸러내어 증폭한 신호를 제2 합성부(109)의 가공된 합성파와 조합하여 제어 비교부(100)에 입력한다.
온도검출부(110)는 분전반 회로에 동 부스바로 연결되는 표면에 센서를 부착 설치하고 접촉 불량 누설전류 또는 규정치 이상의 과전류에 의한 과열감도를 검출하여 제어 비교부(100)에 입력한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 삼상 배전반 전기배선에 ZCT와 고주파CT를 이용한 저항성 누설전류와 절연손상을 검출하는 검출시스템에서, 3상 4선식 상업용 분전반에 설치되어 있는 실제회로도의 예시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 삼상 배전반 전기배선에 ZCT와 고주파CT를 이용한 저항성 누설전류와 절연손상 검출 차단시스템에서, 제어비교부의 동작특성을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2와 도 3의 설명으로 본 발명의 일실시예를 더욱 명확하게 이해될 것이다.
도 2에서 ZCT(205), CT(203), 고주파 CT(207), PT(209)에서 검출된 신호들은 제어 비교부(100)로 입력되어, 그 작용 결과물을 화면표시부(210)에 디스플레이하고, 경보 및 차단부(211)에서 경보 및 차단 등의 신호를 출력하고 통신부(212)를 통해 통신한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 정상전류가 흐르는 상태에서 각 상의 전류파형을 나타낸 예시도이다.
도 3에서 제어 비교부(100)에 입력된 신호들은 도 4와 같이, 무신호 즉, 고장 누설전류가 없을 경우와 선간절연 손상이 없어 아크 폴트가 없는 경우, 합성파에는 어떠한 신호도 발생하지 않고 직선으로 나타나고, R상파의 (401)과 (가4)의 교차점을 기준점으로 잡을 경우, S상파(402)와 (나4), T상파(403)과 (다5)는 각각 120도의 위상각을 갖는다. 누설전류가 발생하면 도 1에서 합성부(104)에 누설전류 증폭부(106)가 합성된 파형이 R상파로 입력된 예시는 도 5에 도시된 바와 같다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 R상 배선에 절연 불량이 발생한 경우의 파형을 나타낸 도면이다.
도 5의 R상파는 도 5의 (503)가로줄과 (가5)의 세로줄이 겹치는 곳이 기준점이라면 S상파는 (504)와 (나5)의 겹치는 점이 120도의 위상을 가지고 있고, T상파는 (505)와 (다5)의 겹치는 부분이 240도의 위상을 가진다.
도 1의 합성부(104)의 역할은 고주파 검출부(107)의 미세한 아크 펄스신호를 저주파 부분을 걸러내어 증폭된 신호를 합성파(전류 검출부의 부하전류파형과 누설전류 검출부의 검출된 전류파형을 합성한 파형)와 혼합시켜 제어 비교부로 입력하는 구성으로서, 합성파는 접촉불량 누설전류가 발생할 때 도 5의 합성파에 출현한 것과 같이 수직선 펄스로 나타나도록 한다.
여기까지 본 발명의 실시예에 따른 동작 특성을 표현하기 위한 입력이 되고 도 1의 제어 비교부(100)는 누설전류가 없을 때에 도 4와 같이 합성파에 가로선만 존재한다.
이때, 접촉불량 누설전류가 발생시, 도 5의 펄스파(501)는 도 5의 가로선(503)과 세로선(가5)의 교차지점 우측에 나타난다. 이하 누설전류가 합성된 전류의 다음 파형에서 마찬가지로 가로선(503)과 세로선(라5)의 교차지점 우측에 나타난다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 S상 배선에 절연 불량이 발생한 경우의 파형을 나타낸 도면이다.
이어서 S상의 전선에 누설전류 및 아크가 발생할 경우, 도 6에 (601),(602)의 펄스파형이 나타나고 이번에는 (603)가로줄과 (가6)의 세로줄 우측에 펄스파형이 존재함으로 S상에서 고장이 발생한다는 것을 유추할 수 있다.
앞에서 언급하였듯이 도 6의 (603)과 (가6)의 교차지점은 S상파의 시작점임을 알 수 있고, 따라서 저항성분의 누설전류임을 유추할 수 있다. 이어서 T상 전선로에 누설전류 및 미세 아크신호가 발생하였다면 도 7의 (701, 702, 703)의 펄스파는 (704)가로점과 (가7,나7,다7)세로점의 교차지점의 우측에 나타난다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 T상 배선에 절연 불량이 발생한 경우의 파형을 나타낸 도면이다.
이와 같은 예시에 의하여 상의 고장전류를 분석하고 고장신호와 그 값을 화면에 디스플레이하고 경보음, 차단으로 출력한다.
또한 3상 배전반 전선로의 케이블에 의한 용량 리액턴스 콘덴서 성분의 누설 전류가 흐를 경우를 도 8과 도 9에 예시한다.
도 8은 3상전압파형의 가공파와 ZCT신호를 증폭시켜 검출된 비교 파형이고, 도 9는 3상전압파형의 가공파와 저항성분 누설전류 신호를 증폭시켜 검출된 비교 파형이다.
도 8의 R, S, T상 파는 전압파를 가공하여 공급함으로 누설전류 파형과 용이하게 인식하도록 하였다. 용량리액턴스 충전전류 전류파는 전기각도 90도 앞선 누설전류가 되어 도 8의 (804) (라8)세로줄의 시작점은 (803)(라8)의 T상파가 시작하기 전에 나타나 있음을 제시하였고, 도 9의 (904)(라9)점은 (903)(라9)점과 시작점이 일치하여 저항 성분에 의하여 누설전류가 흐름을 알 수 있는 특징이 있다.
앞서 실시예에서 도 1의 제어 비교부에 입력되는 (102)위상검출은 도 2의 전압상 검출 센서로부터 입력된 도 8의 전압 구형파 R, S, T상 전압파 각 상의 기준 전압과 그 상의 누설전류의 위상차를 검색하여 누설전류의 성분을 분석한다.
도 3의 제어 비교부는 접속불량에 따른 펄스파형과 누설전류와의 위상판단 그 상의 전압파형과 지락전류 파형의 위상판단, 각 상 판단을 수행하고 고장신호인 경우 디스플레이에 고장전류 표시 및 차단 출력을 낸다.
특히 누설전류 검출부와 고주파 검출부는 각각 OR 동작함으로써, 지락전류가 발생하지 않아도 각 상에 접속된 부하에 절연손상이 발생하면 즉시 그 상의 고장을 디스플레이 한다.
본 실시예와 더불어 3상 전압, 전력, 역률, 전류 누설전류 부스바의 과열상태 등을 실시간으로 검출한 결과를 통신하는 기능을 더 가질 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 삼상 배전반 전기배선에 ZCT와 고주파 CT를 이용한 저항성 누설전류와 절연손상을 검출하는 검출시스템의 도 1은, 절연손상 아크에 대한 검출 데이터 및 각 상의 누설전류 고장신호를 원거리의 원격 제어시스템으로 자동 전송하며, 외부 점검자에 의해 확인이 가능하도록 하는 '검출제어 프로그램'을 바탕으로, 인터넷의 TCP/IP, 광통신, PLC 통신 등 무선통신이 가능한 통신부 및 검출 데이터와 고장신호를 표시하고, 화재예방을 위해 필요시 경보와 차단하는 기능을 더 포함할 수 있다.
100 : 제어 비교부 101 : 3상 전압검출부
102 : 위상검출부 103 : 전류검출부
104 : 합성부 105 : 누설전류 검출부
106 : 증폭부 107 : 고주파 검출부
108 : 저주파 필더 110 : 온도검출부
112 : 화면표시부 113 : 통신부
114 : 차단 및 경보부

Claims (4)

  1. 3상 전압 파형을 검출하여 전압구형파로 변경시켜 위상을 검출하는 3상 전압검출부(101);
    전류 검출부(103)의 부하전류파형과 누설전류 검출부(105)의 검출된 전류파형을 합성하는 합성부(104);
    전선의 절연 손상에 의해 발생되는 아크 펄스를 저주파 필터(108)로 1차 걸러내어 증폭된 신호를 상기 합성부(104)의 합성파와 조합하도록 하는 고주파 검출부(107); 및
    상기 3상 전압 검출부, 합성부, 고주파 검출부로부터 출력되는 결과신호를 입력받아 발생되는 펄스파를 각 상의 가로선과 세로선이 겹치는 기준점과 상기 아크 펄스를 비교하여 저항성분 누설전류 및 절연손상을 검출하는 제어 비교부(100);를 포함하는 것을 특징으로 하는
    삼상 배전반 전기배선에 ZCT와 고주파CT를 이용한 저항성 누설전류와 절연손상을 검출하는 검출시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    분전반 회로에 동 부스바로 연결되는 표면에 센서를 부착 설치하고 접촉 불량 누설전류 또는 규정치 이상의 과전류에 의한 과열감도를 검출하여 상기 제어 비교부에 입력하는 온도검출부(110);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    삼상 배전반 전기배선에 ZCT와 고주파CT를 이용한 저항성 누설전류와 절연손상을 검출하는 검출시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스파를 각 상의 가로선과 세로선이 겹치는 기준점과 상기 아크 펄스를 비교하여 디스플레이하는 화면표시부(112);를 더 포함하되,
    상기 제어 비교부(100)는 상기 기준점과 아크 펄스 비교시, 각 상의 기설정된 기준점을 기준으로 우측에 위치할 경우, 저항성 누설전류 또는 절연손상 검출신호로 판단하는 것을 특징으로 하는
    삼상 배전반 전기배선에 ZCT와 고주파CT를 이용한 저항성 누설전류와 절연손상을 검출하는 검출시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 비교부(100)는 삼상 배전반 전기배선의 ZCT, 고주파CT, 전류CT, 전압PT 및 온도검출기를 이용하여 3상 전력, 3상 역률, 고장신호를 디스플레이, 경보 및 차단이 원거리 통신으로 이루어지도록 제어하는 것을 특징으로 하는
    삼상 배전반 전기배선에 ZCT와 고주파CT를 이용한 저항성 누설전류와 절연손상을 검출하는 검출시스템.
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