KR101671638B1 - 활선상태의 단상 전력선의 대지절연저항 표시 및 경보장치 - Google Patents

활선상태의 단상 전력선의 대지절연저항 표시 및 경보장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 최소한 하나 이상의 AC전원의 단상 전력선이 활선상태에서 대지간 절연저항의 변화를 누설전류성분으로 검출하되 그 대지절연저항값을 시각적으로 표시함과 더불어 그 변화가 기준치 이상인 경우에는 경보를 발생하고, 필요한 경우에는 상시적으로 단상 전력선의 감시가 가능하도록 적용할 수 있는 활선상태의 단상 전력선 대지절연저항 표시 및 경보장치에 관한 것이다.
바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 활선상태의 단상 전력선 대지절연저항 표시 및 경보장치는 AC/DC변환부에서 인가되는 AC전원의 직류성분에 기초하여 감시대상의 다수 채널 단상 전력선에 개재된 각 영상변류기로부터의 영상변류값으로부터 전압보상 동기신호에 의거 저항성 누설전류성분을 검출하는 저항성 누설전류검출부와, 그 저항성 누설전류검출부에서 출력되는 누설전류성분의 전압을 발생하는 전압발생부, 그 전압발생부의 출력되는 누설전류성분을 증폭하는 전류증폭부, 상기 전류증폭부로부터의 DC 전압대비 대지절연저항값을 표시하는 표시소자 및, 상기 전류증폭부로부터의 누설전류성분을 기준값과 비교하여 높은 경우에는 시각적인 경보를 발생하는 경보등을 포함하게 된다.

Description

활선상태의 단상 전력선의 대지절연저항 표시 및 경보장치{APPARATUS FOR DISPLAYING AND WARNING BETWEEN GROUND AND ELECTRIC POWER LINES}
본 발명은 활선상태의 단상 전력선의 대지절연저항 표시 및 경보장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수 채널의 단상 전력선에 대한 대지간 절연저항을 활선상태에서 검출하여 표시함과 더불어 각 단상 전력선의 대지간 절연저항이 불량해진 경우에는 시각적 경보를 발생하여 표시하도록 된 활선상태의 단상 전력선의 대지절연저항 표시 및 경보장치에 관한 것이다.
일반적으로, AC전원이 전송되는 전로(電路)(전력선)의 경우, 그 AC전원을 사용하는 장소의 전압이 저압인 회로의 전선 상호간 및 대지간(즉, 전선과 대지 간)의 절연저항에 대해서는 개폐기 또는 과전류차단기로 구분 가능한 전로마다 전기설비기술 기준을 준수해야만 된다.
즉, 저압 전로의 절연성능에 관한 전기설비기술 기준에 따르면, 400[V] 미만의 전압의 경우, 대지전압(접지식 전로는 전선과 대지 사이의 전압, 비접지식 전로는 전선 간의 전압)이 150[V]이하이면 절연저항은 0.1[㏁], 대지저항이 150[V] 초과 300[V] 이하이면 절연저항은 0.2[㏁], 사용전압이 300V초과 400V 미만이면 절연저항은 0.3[㏁]으로 설정되는 반면, 400[V] 이상의 전압에 대해서는 0.4[㏁]으로 설정된다.
그런데, 대지 간의 절연저항이 불량(즉, 절연저항의 저하)해지면 누전이 발생될 가능성이 높아져서 감전의 직접적인 원인이 될 뿐만 아니라 불필요한 전력손실을 발생시키거나 예컨대 의료장비 등의 고가의 전기적 부하의 성능 열화 또는 파손의 원인으로 되고, 심지어는 화재까지도 발생될 수 있다.
즉, 전력선의 대지간 절연저항이 불량해지면 누설전류가 증가되는 바, 일반적으로 전력선을 통해 발생되는 누설전류는 용량성 누설전류와 저항성 누설전류로 대별된다.
그 중, 용량성 누설전류가 발생되는 원인으로는 대표적인 예로서 전력선과 대지 사이에 정전용량이 존재하여 용량성 누설전류가 발생되거나, 전력선 주변의 대지의 상태(예컨대, 습도가 높은 경우 등)에 따라 증가되거나 낙뢰 등에 의한 전로(전력선) 대지 전압 상승시에도 순간적으로 증가하게 된다.
그리고, 전기계통에서 고조파/고주파 노이즈 전류가 발생하여 콘덴서(C)성분을 통해 흐르는 경우 기본파에 더하여 콘덴서 전류값이 주파수에 비례하여 커지며 접지로 흐르면 용량성 누설전류가 증가되고, 220V/60Hz 교류전류가 콘덴서 성분을 통해 흐르는 경우 용량성 누설전류(lc)에 대해 페이저로 표시하면 다음의 수학식과 같게 된다.
Figure 112015067610336-pat00001
(여기서,
Figure 112015067610336-pat00002
Figure 112015067610336-pat00003
= 콘덴서 용량,
Figure 112015067610336-pat00004
= 전압)
도 1은 일반적인 용량성 누설전류의 특성을 설명하기 위한 도면으로, 순수 용량성 누설전류는 콘덴서성분(C)으로 흐르는 전류의 특성을 갖기 때문에 상기의 수학식 1로부터 전압(
Figure 112015067610336-pat00005
)과 전류(
Figure 112015067610336-pat00006
)는 90도의 위상차를 갖고 다음의 수학식 2로 정의된다.
Figure 112015067610336-pat00007
즉, 용량성 누설전류는 전압과 전류가 90도의 위상차를 갖고 흐르기 때문에 열이 발생하지 않음에 따라 화재의 위험성은 크게 염려되지 않고, 절연이 양호한 상태에서도 접지도선 내부 또는 지중(地中)으로 흐르기 때문에 인체가 접촉할 위험성이 적어 감전 등의 안전사고 발생 가능성도 낮은 편이다.
그에 대해, 저항성 누설전류(lgr)는 그 원인의 하나로서 절연의 열화(열화)에 의해 발생되는 바, 대개 전로가 신규로 설치되는 경우에는 절연이 우수하고 각 종의 부하기기도 전기설비기준에 따라 충분한 절대값을 갖도록 설계되지만, 예기치 않은 서지(Surge) 및/또는 낙뇌라든지 비정상적인 전압이 유입되는 경우 코로나(Corona) 현상과 아크(Arc) 또는 온도 및/또는 습도의 변화에 기인하여 발생하게 된다.
저항성 누설전류(lgr)가 발생되는 다른 하나의 원인으로는 예컨대 전력선 작업 중에 피복이 손상되거나 도체부분이 물기 또는 습기에 노출되는 경우에 상정된다.
도 2는 일반적인 저항성 누설전류의 특성을 설명하기 위한 도면으로, 대지간 절연저항의 불량해져서 저항성 누설전류가 발생되는 경우 전압(V)과 전류(I)는 동상(同相)이므로 시간이 경과됨에 따라 열이 발생되고, 심한 경우에는 화재가 발생될 가능성이 높아지게 된다.
따라서, 대지간 전력선의 절연상태가 불량해지는 경우에 증가되는 저항성 누설전류에 대비하기 위한 방안으로는 해당하는 전력선에 누전경보기를 설치하는 경우가 일반적인 바, 그 누전경보기가 예컨대 100mA 이상의 감도(즉, 200mA/500mA)를 갖는 경우에는 실질적으로 측정범위 감도 이하의 누전에 의한 화재나 감전 및 전력손실 예방에는 실질적으로 도움을 주지 못하게 된다.
또, 단상 전력선의 절연상태에 대해서는 개폐기를 차단시켜 정전상태에서 절연저항계로 전로(즉, 전력선)와 대지 접지간의 절연저항을 측정하는 절연저항계법이 대표적이지만, 그 절연저항계법에서는 해당하는 전력선의 절연상태를 측정하기 위해 반드시 정전시켜야만 되기 때문에 예컨대 의료장비 등과 같이 연속적으로 전기를 사용해야 하는 전력부하 또는 장소에 대해서도 전력공급을 중단해야 한다는 문제가 초래된다.
따라서, 단상 전력선의 활선상태에서 대지간 절연저항의 불량 여부를 점검하여 불량으로 판정되는 경우에는 경보 등의 후속 처리를 위한 대책이 필요한 실정이다.
[선행기술문헌]
대한민국 실용신안등록 제20-0381335호(전자식 누전차단기)
본 발명은 상기한 종래의 기술 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 다수 채널(예컨대 4-채널)의 단상 전력선의 대지간 절연저항을 활선상태에서 검출하여 표시함과 더불어 소정의 기준치 이하로 불량해지는 경우는 시각적인 경보를 발생하도록 된 활선상태의 단상 전력선의 대지절연저항 표시 및 경보장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 소정의 AC전원이 공급되는 단상 전력선에 개재되는 영상변류기를 포함하여 상기 전력선의 절연저항을 검출하도록 된 단상 전력선의 대지간 절연저항 검출회로에 있어서, 상기 단상 전력선은 다수 채널로 포함되면서 각 단상 전력선에 대응하여 상기 영상변류기가 개재되고, 각 채널의 단상 전력선에 인가되는 상기 AC전원을 AC/DC변환하여 직류성분으로 출력하는 AC/DC변환부와, 상기 AC전원의 파형변환시점마다 동기신호를 발생하여 상기 각 영상변류기의 출력으로부터 대지절연저항의 검출을 위한 기준신호로서 제공하는 동기신호발생부, 그 동기신호발생부에서 발생된 동기신호에 의거하여 각 영상변류기의 영상변류출력에서 상기 단상 전력선의 저항성 누설전류를 채널별로 검출하는 저항성 누설전류검출부, 그 저항성 누설전류검출부에서 출력되는 상기 다수 채널의 단상 전력선의 누설전류성분의 전압을 발생하는 전압발생부와 상기한 각 채널의 전압발생부의 출력되는 누설전류성분을 증폭하는 전류증폭부, 그 전류증폭부로부터의 누설전류성분을 상기 단상 전력선의 채널 별로 표시하는 표시소자 및, 상기 전류증폭부로부터의 각 채널의 단상 전력선에 대한 누설전류성분 중 어느 하나라도 기준치보다 높으면 시각적인 경보를 발생시키기 위해 경보등을 구동하는 경보신호발생부를 포함하는 활선상태의 단상 전력선의 대지절연저항 표시 및 경보장치가 제공된다.
본 실시예에 따르면, 상기 동기신호발생부의 출력은 상기 다수 채널의 단상 전력선에 흐르는 AC전원이 동위상이면 단일화하여 상기 저항성 누설전류검출부의 채널별 구성에 공통으로 접속된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 소정의 AC전원이 공급되는 단상 전력선에 개재되는 영상변류기를 포함하여 상기 전력선의 절연저항을 검출하도록 된 단상 전력선의 대지간 절연저항 검출회로에 있어서, 상기 단상 전력선은 다수 채널로 포함되면서 각 단상 전력선에 대응하여 상기 영상변류기의 출력에는 접점이 형성되고, 각 채널의 단상 전력선에 인가되는 상기 AC전원을 AC/DC변환하여 직류성분으로 출력하는 AC/DC변환부와, 상기 영상변류기의 접점에 대한 스위칭 제어신호를 발생하는 제어부, 상기 AC전원의 파형변환시점마다 동기신호를 발생하여 상기 제어부의 제어 하에 접속되는 상기 영상변류기의 출력으로부터 대지절연저항의 검출을 위한 기준신호로서 제공하는 동기신호발생부, 상기 동기신호발생부에서 발생된 동기신호에 의거하여 현재 스위칭접속된 상기 영상변류기의 영상변류출력에서 상기 단상 전력선의 저항성 누설전류를 검출하는 저항성 누설전류검출부, 상기 저항성 누설전류검출부에서 출력되는 상기 단상 전력선의 누설전류성분의 전압을 발생하는 전압발생부와 상기 전압발생부에서 출력되는 누설전류성분을 증폭하는 전류증폭부, 상기 전류증폭부로부터의 누설전류성분을 표시하는 표시소자 및, 상기 전류증폭부로부터의 단상 전력선에 대한 누설전류성분이 기준치보다 높으면 시각적인 경보를 발생시키기 위해 경보등을 구동시키는 경보신호발생부를 포함하는 활선상태의 단상 전력선의 대지절연저항 표시 및 경보장치가 제공된다.
상기한 본 발명에 따른 활선상태의 단상 전력선의 대지절연저항 표시 및 경보장치는 다수 채널의 단상 전력선이 활선상태에서 각 단상 전력선에 개재된 영상변류기의 영상변류값에 대해 상기 전압보상 동기신호에 의거 상기 단상 전력선의 대지간 누설저항의 변화에 따른 저항성 누설전류(lgr)로 검출하여 표시하고, 그 누설전류가 상기 단상 전력선의 대지간 절연저항의 기준치(AC 220V의 경우 0.2㏁)와 비교하여 높아진 경우에는 시각적으로 경보를 발생하게 된다.
따라서, 다수 채널의 단상 전력선에 대해 동시에 대지절연저항의 감시가 가능함과 더불어, 감시대상의 각 단상 전력선의 전원을 차단하지 않고서도 대지간 절연저항의 불량 여부를 확인할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 다수 채널의 단상 전력선 중 어느 하나의 대지간 절연저항이 상기 기준치 이하로 불량해지는 경우에는 경보를 발생하기 때문에 저항성 누설전류에 의한 감전, 화재, 예컨대 고가의 부하기기의 파손 등의 안전사고를 예방할 수 있게 된다.
도 1은 일반적인 용량성 누설전류의 특성을 설명하기 위한 도면.
도 2는 일반적인 저항성 누설전류의 특성을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 활선상태의 단상 전력선의 대지절연저항 표시 및 경보장치를 나타낸 블록구성도.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 활선상태의 단상 전력선의 대지절연저항 표시 및 경보장치에 구성된 동기신호입력부에서 출력되는 전압보상 동기신호를 설명하기 위한 도면.
도 5는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 활선상태의 단상 전력선의 대지절연저항 표시 및 경보장치에 적용된 동기신호입력부의 회로도.
도 6은 본 발명에 따른 활선상태의 단상 전력선의 대지절연저항 표시 및 경보장치에 적용되는 절연저항 표시 값과 입력전압 값과의 관계(함수)를 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 활선상태의 단상 전력선의 대지절연저항 표시 및 경보장치를 나타낸 블록구성도.
이하, 본 발명에 대해 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 활선상태의 단상 전력선의 대지절연저항 표시 및 경보장치를 나타낸 블록구성도이다.
도면에서, 참조부호 10a, 10b, 10c, 10d는 본 발명에 따라 절연저항의 측정 대상으로 되는 다수 채널(본 발명의 예에서는 4)의 단상 전력선을 나타낸다.
참조부호 12a, 12,b 12c, 12d는 상기 다수의 단상 전력선(10a, 10b, 10c, 10d)에 대응하게 설치되는 주지의 영상변류기(Zero-phase Sequence Current Transformer; ZCT)로서, 그 영상변류기(12a, 12,b 12c, 12d)는 대응하는 전력선(10a, 10b, 10c, 10d) 또는 전원부하기기에 지락(즉, 접지 부분에서 흐르는 접촉)이 발생되는 경우 전선 속에 포함된 영상전류를 검출하게 된다.
또, 도면에서 참조부호 14는 220V의 상용AC전원을 직류로 변환하는 AC/DC변환부로서 보드에 DC를 공급하는 목적을 가지며, 16은 상기 영상변류기(12a, 12,b 12c, 12d)에서 검출된 영상변류값에 대해 상기 AC/DC변환부(14)에서 변환된 DC성분의 전원레벨에 대비하여 저항성 누설전류(lgr)를 검출해서 PWM(Pulse Width Modulation)파형으로 출력하는 저항성 누설전류검출부를 나타내는 바, 그 저항성 누설전류검출부(16)는 상기 다수 채널의 단상 전력선(10a, 10b, 10c, 10d)에 대응하도록 채널별로 다중화구성이 적용된다.
여기서, 상기 저항성 누설전류검출부(16)에 의한 저항성 누설전류검출원리의 예는 다음과 같다.
상기 AC전원전압은 정현파이므로 그 전압(v)은 다음의 수학식 3으로 표시된다.
Figure 112015067610336-pat00008
여기서,
Figure 112015067610336-pat00009
는 전원전압(v)의 실효값이고,
Figure 112015067610336-pat00010
는
Figure 112015067610336-pat00011
(
Figure 112015067610336-pat00012
는 전원주파수)이다.
따라서, 상기 단상 전력선(10a, 10b, 10c, 10d)에 흐르는 합성 누설전류(ig)도 정형파이며 다음의 수학식 4로 표시된다.
Figure 112015067610336-pat00013
여기서, Ig 는 합성 누설전류(ig)의 실효값, θ는 전원전압(v)와 합성 누설전류(ig)와의 위상각이다.
상기의 수학식 4에서, 상기 전원전압(v)의 극성이 정(+)일 때, 즉 0＜ ωt＜π구간에서 상기 합성 누설전류(ig)를 적분한 값을 'P'라고 가정하면, 그 적분값 'P'는 다음과 같다.
Figure 112015067610336-pat00014
그런데, 저항성 누설전류 Igr = Igcosθ이므로 상기 수학식 5는 다음과 같이 표시될 수 있다.
Figure 112015067610336-pat00015
상기 수학식 6에서 저항성 누설전류 Igr은 상기 P에 비례하게 된다.
또, 상기 전원전압(v)의 극성이 부(-)일 때, 즉 π＜ ωt＜2π구간에서 상기 합성 누설전류(ig)를 적분한 값을 'Q'라고 가정하면, 그 적분값 'Q'는 다음과 같다.
Figure 112015067610336-pat00016
이 경우에도 저항성 누설전류 Igr = Igcosθ이므로 상기 저항성 누설전류(Igr )는 상기 절대값(Q)에 비례하게 된다.
상기의 연산과정에 따르면, 상기 합성 누설전류(ig)를 반주기마다 적분하여 저항성 누설전류(Igr )를 검출할 수 있게 된다.
도 3에서, 참조부호 18은 상기 영상변류기(12a, 12,b 12c, 12d)로부터의 영상변류값에 대해 상기 저항성 누설전류검출부(16)에서 저항성 누설전류를 검출하는 경우 파형(도 4의 (a) 참조)의 변환시점마다 전압보상 동기신호(도 4의 (b) 참조)를 발생하여 상기 저항성 누설전류검출부(16)에서의 누설전류검출 기준신호로서 제공하는 동기신호입력부(즉, 전압변동보상부)를 나타낸다.
통상적으로, 상기 전력선(10a, 10b, 10c, 10d)의 대지절연저항은 습도를 포함해서 환경적 요인에 의하여 시간이 경과되면서 절연저항은 작아지고 유효누설전류가 발생한다. 하지만, 대지절연저항 값은 일순간 변화하는 값이 아닌 오랜시간에 걸쳐서 변화하고, 상시 (또는 주기적)감시를 하는 본 발명에 있어서, 절연저항값을 검출하는 시점에 있어서는 상수로서 그 전력선(10a, 10b, 10c, 10d)의 선로전압의 변동에 따라 절연저항값은 변화가 되지 않도록 보정이 필요하다. 즉, 본 발명에서는 유효누설전류(=선로전압/대지절연저항값)만을 검출하여 이를 대지절연저항값으로 환산하기에 그러하다.
도 5는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 활선상태의 단상 전력선의 대지절연저항 표시 및 경보장치에 적용된 동기신호입력부의 회로도이다.
도면을 참조하면, 상기 동기신호입력부(18)는 상기 단상 전력선(10a,10b,10c,10d)에 유입되는 상용AC전원을 전파정류하는 정류회로(18A)와 그 정류회로(18A)의 출력에 따라 상용AC전원의 파형(즉, 상기의 도 4의 (a) 참조)의 변환시점마다 전압보상 동기신호(상기의 도 4의 (b) 참조)를 발생하는 전압보상 동기신호발생회로(18B)를 포함하게 된다.
도면에서, 상기 정류회로(18A)에는 1차에 인가되는 220V의 전압을 AC18V로 변압시키는 변압기(T1)와 그 변압기(T1)의 양단에 유도된 AC18V의 전압을 전파정류하는 정류소자(정류다이오드)(D1,D2)를 포함하게 된다.
또, 상기 전압보상 동기신호발생회로(18B)에는 항시 일정한 전압(예컨대 DC 18V)를 출력하는 정전압 레귤레이터(VR1)와, 상기 정류회로(18A)에 구성된 상기 정류다이오드(D1,D2)의 DC출력에 접속된 저항(R1,R2)의 접속점에 베이스단자가 접속되고 상기 정전압 레귤레이터(VR1)의 출력에 에미터단자가 접속되어 상기 저항(R1,R2)의 접속점 전위가 소정레벨(예컨대 10V) 이하로 강하되는 경우에는 턴-ON온되어 상기 저항성 누설전류검출부(16)에 동기신호를 출력하는 스위칭트랜지스터(Q1)가 포함된다.
또, 도면에서 D3와 C1은 상기 전파정류된 DC성분의 전압에서 리플성분을 제거하여 상기 정전압 레귤레이터(VR1)의 입력에 일정한 레벨의 전위가 형성되도록 하기 위한 다이오드 및 용량성 캐패시터이다.
상기한 구성의 동기신호입력부(16)에서는 상기 단상 전력선(10a,10b,10c,10d)에 흐르는 AC전원을 변압기(T1)에서 일정한 레벨(AC18V)로 변압시키고나서 그 변압된 AC전원이 상기 정류다이오드(D1,D2)에서 전파정류되고, 그 정류된 DC전압이 상기 저항(R1,R2)의 접속점에서 상기 스위칭트랜지스터(Q1)의 베이스 바이어스 전위로 설정된다.
상기 스위칭 트랜지스터(Q1)는 그 에미터단자에 설정된 상기 정전압 레귤레이터(VR1)로부터의 DC18V에 비해 상기 베이스 바이어스가 턴-ON조건의 전압 이하로 낮은 레벨(즉, AC전원의 파형(도 4의 (a))의 변환시점)로 설정되는지 여부에 따라 ON/OFF되어 상기 저항성 누설전류검출부(16)에 동기신호를 제공하게 된다.
본 발명에 따르면, 상기 동기신호입력부(18)는 상기 단상 전력선(10a,10b,10c,10d)에 흐르는 AC전원이 동일한 위상을 갖는 경우에는 다수채널로 구성되지 않고 상기 저항성 누설전류검출부(16)에서의 각 전력선(10a, 10b, 10c, 10d)마다의 채녈별 구성에 공통적으로 동기신호를 제공하도록 단일화해도 된다.
또, 도면에서 참조부호 20은 상기 저항성 누설전류검출부(16)에서 채널별로 출력되는 PWM파형의 저항성 누설전류 검출값에 대응하는 전압을 형성하는 전압발생부를 나타내고, 22는 상기 전압발생부(20)에서 얻어진 상기 단상 전력선(10a, 10b, 10c, 10d)의 저항성 누설전류성분을 증폭하여 출력하는 전류증폭부를 나타낸다.
도면에서, 참조부호 24a, 24b, 24c, 24d는 상기 전류증폭부(20)를 통해 제공되는 상기 단상 전력선(10a, 10b, 10c, 10d)의 대지간 절연저항값을 대응적으로 표시해주기 위한 표시소자를 나타낸다.
또, 본 발명에 따르면 상기 전류증폭부(22)에서 출력되는 상기 단상 전력선(10a, 10b, 10c, 10d)의 저항성 누설전류성분에 대해서는 각 단상 전력선(10a, 10b, 10c, 10d)의 대지간 절연저항이 소정 레벨(즉, 0.2㏁) 이하로 열화된 상태인지 여부를 판단하여 상기 각 단상 전력선(10a, 10b, 10c, 10d)의 대지간 절연저항이 소정 레벨 이하로 열화된 상태로 판단되면 경보를 발생하기 위한 경보신호발생부(30)가 연계된다.
또, 상기 경보신호발생부(30)의 경보신호출력측에는 실제 각 단상 전력선(10a, 10b, 10c, 10d)의 대지간 절연저항이 소정 레벨 이하로 열화된 상태를 경보하기 위한 경고등(32)이 연결되는 바, 그 경고등(32)은 바람직하게 적색LED로 구성된다.
본 발명에 따르면, 상기 경보신호발생부(30)는 상기 다수 채널의 단상 전력선(10a,10b,10c,10d) 중 어느 하나에서라도 절연저항이 기준치(AC 220V의 경우 0.2㏁)이하로 되면 상기 경고등(32)을 통해 경고를 발생하게 된다.
도면에서, 34는 본 발명에 따른 활선상태의 단상 전력선 대지절연저항 표시 및 경보장치를 구성하는 요소들이 배치되는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)를 나타낸다.
상기한 구성의 본 발명에 따른 활선상태의 단상 전력선 대지절연저항 표시 및 경보장치에 의하면, 상기 다수의 단상 전력선(10a, 10b, 10c, 10d)에 대응하게 설치된 영상변류기(12a,12b,2c,12d)에서는 각 단상 전력선(10a,10b,10c,10d)에 대한 영상변류값을 검출하게 되고, 그 영상변류값은 상기 저항성 누설전류검출부(16)에 인가된다.
그리고, 220[V]의 상용AC전원이 상기 AC/DC변환부(14)에서 직류(DC)로 변환되어 상기 저항성 누설전류검출부(16)에 인가됨과 더불어 상기 동기신호입력부(18)에서는 도 4의 (a)에 도시된 파형의 변환시점마다 도 4의 (b)에 도시된 기준신호도 상기 저항성 누설전류검출부(16)에 인가된다.
따라서, 상기 저항성 누설전류검출부(16)는 상기 동기신호입력부(18)에서 제공되는 기준신호에 기초하여 상기 영상변류기(12a,12b,2c,12d)에서 인가되는 각 단상 전력선(10a,10b,10c,10d)에 대한 영상변류값에서 저항성 누설전류(lgr)를 검출하게 된다..
상기 저항성 누설전류검출부(16)에서 검출된 상기 단상 전력선(10a,10b,10c,10d)의 저항성 누설전류성분은 상기 전압발생부(20)에서 전압으로 발생되고(유효누설전류대비 DC 전압출력), 그 저항성 누설전류에 대한 전압으로 발생되고, 그 저항성 누설전류에 대응하는 전압이 상기 전류증폭부(22)에서 증폭되고, 대지절연 저항값은 상기 표시소자(24a,24b,24c,24d)에 대응적으로 표시된다.
그와 더불어, 상기 전류증폭부(22)에서 증폭된 전류값은 상기 경보신호발생부(30)에도 인가되는 바, 그 경보신호발생부(30)에서는 상기 각 단상 전력선(10a,10b,10c,10d)에 대한 절연저항에 대한 허용가능한 절연저항 기준치(AC 220V의 경우 0.2㏁)와 상기 전류증폭부(22)에서 제공되는 각 단상 전력선(10a,10b,10c,10d)에서 실제 검출된 DC 전압대비 대지절연저항값을 비교하여 각 단상 전력선(10a,10b,10c,10d) 중 어느 하나에서라도 실제 검출된 DC 전압대비 대지절연저항값이 높으면 상기 적색LED에 의한 경보등(32)이 점등되도록 하여 상기 각 단상전력선(10a,10b,10c,10d)의 대지간 절연저항의 변화상태를 경보할 수 있게 된다.
다시말하면, 전압발생부(20)는 유효누설전류 대비 DC전압을 출력한다. 그리고, 전류 증폭부(22)는 이미터 팔로워(EMITTER FOLLOWER)(또는 전압 팔로워(VOLTAGE FOLLOWER)라 함)회로를 써서, 입력전압이 그대로 출력전압으로 나타나는데, 전류를 소싱(SOURCING/출력할 수 있는 전류량)을 크게 해줍니다. 즉, 전류는 증폭을 해줍니다. 전류를 증폭해주는 이유는, 유효누설전류 대비 저항성 누설전류 검출부(16)(부품 소자 번ㅎ노 IK7102 5번 핀(DC전압출력부)을 메타(절연저항값 표시메타)입력용과 경보용 기준 입력값으로 직접연결을 하면, 전류가 부족해 질 수 있어서, 전압은 그대로 하면서, 전류만을 증폭을 해주는 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 활선상태의 단상 전력선의 대지절연저항 표시 및 경보장치에 적용되는 절연저항 표시 값과 입력전압 값과의 관계(함수)를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 함수관계식은 Y = -100X +420K 으로 나타난다. (여기서, X는 메타 DC 입력전압값, Y는 메타상 절연저항표시 값).(단, X가 4.2V 이상 일때는 Y는 무조건 '0'값을 표시하도록 설정된다.
도 7은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 활선상태의 단상 전력선의 대지절연저항 표시 및 경보장치를 나타낸 블록구성도이다.
상기의 도 3에 도시된 실시예는 다수 채널의 단상 전력선(10a,10b,10c,10d)의 대지간 절연저항의 모니터링을 위해 상기 저항성 누설전류검출부(16)와 상기 전압발생부(20) 및 상기 전류증폭부(22)가 상기 전력선(10a,10b,10c,10d)에 대응하는 채널로 형성되는 구성이지만, 본 실시예에서는 상기 전력선(10a,10b,10c,10d)을 소정의 시간 간격으로 스위칭하도록 함으로써 상기 저항성 누설전류검출부(16)와 상기 전압발생부(20) 및 상기 전류증폭부(22)를 단일화하는 구성이 적용된다.
즉, 도 7을 참조하면 상기 단상 전력선(10a,10b,10c,10d)에 개재되는 상기 영상변류기(12a, 12,b 12c, 12d)의 출력측에는 대응하는 접점(S1,S2,S3,S4)이 제공된다.
또, 상기 저항성 누설전류검출부(16)의 전방에는 상기 각 영상변류기((12a, 12,b 12c, 12d)의 출력측 접점(S1,S2,S3,S4)을 스위칭하는 스위칭소자(16a)가 제공되고, 그 스위칭소자(16a)에 대해서는 일정한 시간마다 상기 영상변류기((12a, 12,b 12c, 12d)의 출력측 접점(S1,S2,S3,S4)에 스캐닝접속되도록 제어신호(CS)를 제공하는 제어부(40)가 구성된다.
상기한 구성에 따라 상기 저항성 누설전류검출부(16)와 상기 전압발생부(20) 및 상기 전류증폭부(22)를 단일화하는 구성이 적용되고, 상기 표시소자(24a,24b,24c,24d)의 경우도 단일화구성이 적용되도록 해도 되지만, 상기 단상 전력선(10a,10b,10c,10d)에 대응하는 수량으로 구성하고 상기 제어부(40)의 제어에 동기하여 각 전력선(10a,10b,10c,10d)의 스캐닝구간에 그 절연저항의 표시가 행해지도록 해도 된다.
상기한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제어부(40)는 일정한 시간마다 상기 제어신호(CS)를 출력하여 상기 스위칭소자(16a)가 순차적으로 상기 접점(S1,S2,S3,S4)을 스캐닝접속되도록 제어하게 된다.
그러면, 상기 저항성 누설전류검출부(16)는 상기 스위칭소자(16a)가 현재 접속된 접점에 대응하는 영상변류기로부터의 출력을 인가받아 상기 도 3을 참조하여 설명한 과정에 따라 저항성 누설전류를 검출하여 상기 전압발생부(20)와 상기 전류증폭부(22)를 통해 상기 표시소자(24a; 24b;24c;4d)에 표시되도록 하게 된다.
그리고, 상기 경보신호발생부(30)에서는 상기 각 단상 전력선(10a,10b,10c,10d)에 대한 절연저항에 대한 허용가능한 절연저항 기준치(0.2㏁)와 상기 전류증폭부(22)에서 일정한 시간마다 순차적으로 제공되는 각 단상 전력선(10a,10b,10c,10d)에서 실제 검출된 누설전류성분의 DC 전압대비 절연저항값을 비교하여 각 단상 전력선(10a,10b,10c,10d) 중 어느 하나에서라도 실제 검출된 DC 전압대비 대지절연저항값이 높으면 상기 적색LED에 의한 경보등(32)이 점등되도록 하여 상기 각 단상전력선(10a,10b,10c,10d)의 대지간 절연저항의 변화상태를 경보할 수 있게 된다. 또한 도시되지는 않았지만, 상기 경보등(32)이 아닌 부저를 릴레이와 연계하여 설치할 수도 있고, 이를 통해 사용자 편의성이 증대되도록 할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 예컨대 고가의 의료기기와 같은 부하기기라든지 AC전원이 단속없이 지속적으로 공급되어야만 하는 단상 전력선의 영상변류기 후방에 설치되어 상시적으로 해당하는 단상 전력선의 절연저항의 불량여부를 감시하고 경보하도록 설치되면 바람직하게 된다.
한편, 본 발명은 상기한 예로 한정되지는 않고 발명의 기술적 요지 및 요점을 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형 실시가 가능하게 된다.
예컨대, 본 발명에 따른 활선상태의 단상 전력선 대지절연저항 표시 및 경보장치에 대해서는 상기한 고가의 전력부하기기라든지 AC전원의 단속없는 공급이 필요한 장소에 적용하여 상시적으로 단상 전력선의 절연저항의 변화를 연속 또는 간헐적으로 저장하여 확인할 수 있도록 상기 전류증폭부(22)에서 출력되는 각 단상 전력선(10a,10b,10c,10d)의 대지절연저항값에 대해서는 예컨대 반도체메모리에 지속적으로 디지탈변환되어 저장되도록 하거나 일정한 시간 간격마다 저장되도록 하고 그 저장된 데이터를 필요한 경우 독취해서 확인할 수 있도록 하는 구성을 적용해도 된다.
10a,10b,10c,10d: 단상 전력선, 12a.12b.12c.12d: 영상변류기,
14: AC/Dc변환부, 16: 저항성 누설전류검출부,
18: 동기신호입력부, 20: 전압발생부,
22: 전류증폭부, 24a.24b.24c.24d: 표시소자,
30: 경보신호발생부, 32: 경보등,
40: 제어부.

Claims (3)

  1. 소정의 AC전원이 공급되는 단상 전력선에 개재되는 영상변류기를 포함하여 상기 전력선의 절연저항을 검출하도록 된 단상 전력선의 대지간 절연저항 검출회로에 있어서,
    상기 단상 전력선은 다수 채널로 포함되면서 각 단상 전력선에 대응하여 상기 영상변류기가 개재되고,
    각 채널의 단상 전력선에 인가되는 상기 AC전원을 AC/DC변환하여 직류성분으로 출력하는 AC/DC변환부와,
    상기 AC전원의 파형변환시점마다 동기신호를 발생하여 상기 각 영상변류기의 출력으로부터 대지절연저항의 검출을 위한 기준신호로서 제공하는 동기신호발생부,
    상기 동기신호발생부에서 발생된 동기신호에 의거하여 각 영상변류기의 영상변류출력에서 상기 단상 전력선의 저항성 누설전류를 채널별로 검출하는 저항성 누설전류검출부,
    상기 저항성 누설전류검출부에서 출력되는 상기 다수 채널의 단상 전력선의 누설전류성분의 전압을 발생하는 전압발생부와 상기 전압발생부에서 출력되는 각 채널의 누설전류성분을 증폭하는 전류증폭부,
    상기 전류증폭부로부터의 대지절연저항값을 상기 단상 전력선의 채널 별로 표시하는 표시소자 및,
    상기 전류증폭부로부터의 각 채널의 단상 전력선에 대한 누설전류성분 중 어느 하나라도 기준치보다 높으면 시각적인 경보를 발생시키기 위해 경보등을 구동하는 경보신호발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 활선상태의 단상 전력선의 대지절연저항 표시 및 경보장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 동기신호발생부의 출력은 상기 다수 채널의 단상 전력선에 흐르는 AC전원이 동위상이면 단일화하여 상기 저항성 누설전류검출부의 채널별 구성에 공통으로 접속되는 것을 특징으로 하는 활선상태의 단상 전력선의 대지절연저항 표시 및 경보장치.
  3. 소정의 AC전원이 공급되는 단상 전력선에 개재되는 영상변류기를 포함하여 상기 전력선의 절연저항을 검출하도록 된 단상 전력선의 대지간 절연저항 검출회로에 있어서,
    상기 단상 전력선은 다수 채널로 포함되면서 각 단상 전력선에 대응하여 상기 영상변류기의 출력에는 접점이 형성되고,
    각 채널의 단상 전력선에 인가되는 상기 AC전원을 AC/DC변환하여 직류성분으로 출력하는 AC/DC변환부와,
    상기 영상변류기의 접점에 대한 스위칭 제어신호를 발생하는 제어부,
    상기 AC전원의 파형변환시점마다 동기신호를 발생하여 상기 제어부의 제어 하에 접속되는 상기 영상변류기의 출력으로부터 대지절연저항의 검출을 위한 기준신호로서 제공하는 동기신호발생부,
    상기 동기신호발생부에서 발생된 동기신호에 의거하여 현재 스위칭접속된 상기 영상변류기의 영상변류출력에서 상기 단상 전력선의 저항성 누설전류를 검출하는 저항성 누설전류검출부,
    상기 저항성 누설전류검출부에서 출력되는 상기 단상 전력선의 누설전류성분의 전압을 발생하는 전압발생부와 상기 전압발생부에서 출력되는 누설전류성분을 증폭하는 전류증폭부,
    상기 전류증폭부로부터의 DC 전압대비 절연저항값을 표시하는 표시소자 및,
    상기 전류증폭부로부터의 단상 전력선에 대한 누설전류성분이 기준치보다 높으면 시각적인 경보를 발생시키기 위해 경보등을 구동하는 경보신호발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 활선상태의 단상 전력선의 대지절연저항 표시 및 경보장치.




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