KR101708334B1 - 실시간 전압강하 측정 가능한 전력선 탐사장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
전력선 탐사를 위한 전류신호 발생 시 지연시간 등을 개선하여 전류신호 수신 시간 폭을 축소 가능하도록 하여, 전류신호 송수신 장치간 시간동기로 전력선 정보 탐사는 물론 실시간으로 전원과 부하전압을 측정 비교하여 전압강하 값과 선로 임피던스를 측정하여 전력선 탐사업무와 전력선 품질관리를 동시에 수행할 수 있는 기술이다.
Description
본 발명은 전력선 탐사 전력품질 누전 절연불량을 개선하는 실시간 전압강하 측정 가능한 전력선 탐사장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 특허 제 10-0778089 호 ("도심지 다중 변압기 설치 장소에서의 지중 저압 회선 탐사 시스템 및 방법")이다.
최종 저압으로 전기 사용자에게 전력을 공급하는 저압 전력망의 구성은 고압 전력망에 비해 복잡하게 얽혀져 있고 보호장치가 덜 발달되어 평상시 품질유지 관리가 필요하다.
도 1은 일반적인 우리나라의 저압 전력망의 구성을 보여준다. 발전기 또는 고압 전력망(Grid)에 연결되어 저압으로 변환하는 변압기와 같은 전원, 최종 사용자 위치에서 전기를 사용할 수 있도록 하는 고객설비, 이 두 설비를 연결해주는 저압망으로 구성된다.
최근에는 중성선 공용접지에 따라 저압망에 PEN점이 존재하고 만약 절연불량에 의한 누전고장 시 누전전류가 PEN점으로 유입된 후 중성선을 통해 변압기로 복귀되어 감전사고 발생여부에 중요한 역할을 하고 있어 이의 관리가 필요하다.
도 2는 기존 기술에서 저압전력망의 구성과 경로탐사하는 탐사 단말장치의 내부 구조도이다. 저압망에 존재하는 전력선의 부하단에서 전원측에 설치된 탐사 중앙장치와 전류 신호 등을 교환하여 전력공급 변압기와 상을 파악하고 또한 전류신호 발생 시 전압강하를 계산하여 루프임피던스 값을 측정하는 기능을 하고 있다. IGBT 두개 중 왼쪽의 IGBT1은 전력선 탐사용으로 버퍼(Buffer) 전압에 의하여 100A 전류가 약 1.5초 듀티(Duty)를 갖는 펄스 신호형태로 컬렉터(Collector)와 에미터(Emitter) 사이에 흐르는 전류를 조정하여 탐사전류 신호전송 하다가, 만약 전력선 단락 또는 지락고장과 같은 과전류 흐름(120A 이상) 감지되면, 버퍼 전압을 조정하여 IGBT1에 흐르는 전류를 제한하여 과전류에 의한 고장을 보호하도록 하고 있다. 이와 같이 IGBT1은 포화전압 (IGBT 컬렉터와 에미터 사이에 최대전류가 흐르도록 게이트에 최대전압을 인가하는 것)에 미치지 못하는 전압으로 흐르는 전류를 제한하는 반면, IGBT2는 10옴 저항을 직렬로 연결하여 최대전류 15A(150V/10옴)가 순식간에 흐르도록 포화운전하여 IGBT1의 전류제한에 따른 차단 부작용을 최소화하도록 운전하고 있다.
도 3은 도 2에서와 같이 이전 기술에서는 IGBT1을 켠(turn on) 후 설계전류를 흘리기까지 2단계 상승 파형을 보여주고 있다. 1단계로 MOS FET 버퍼에 약 8V(포화전압의 1/2)을 공급하여 1단계 전류가 흐르도록 하고 2단계로 선로 임피던스 등에 따라 IGBT1의 게이트 공급전압을 MOS FET 버퍼의 전압 조정하여 설계전류 (100A)가 흐르도록 하여 외부고장(선로단락 등)에 대비하도록 하였다. 그러나 탐사 단말장치의 보호목적은 전력선 단락에 의한 고장 예방보다는 변압기와 근접한 곳(선로임피던스가 거의 0.01옴 이하인 곳)에서 최초 전류 펄스신호 발생 시 과전류에 의한 IGBT소자의 소손발생 방지를 위한 목적이 더 크다.
그래서 이전 기술에서는 탐사전류를 설계전류가 바로 흐르지 않도록 게이트 전압을 8V이하로 공급하는 1단계 후 이상이 없으면 2단계 버퍼 전압 조정으로 설계전류(100A)에 상승하도록 하여 도 3의 전류 펄스 시작시간과 설계전류 도달시간까지 지연시간 발생하여 반대편에서 이 전류 펄스 신호를 수신하는 장치에서는 도 4와 같이 신호검출과 비검출 대역을 명확히 구분하지 못해 수신에러가 발생하고 있다.
또한, 2개의 IGBT 스위칭소자를 병렬로 사용할 경우 슈트 스루(shoot through)와 같은 현상이 발생하여 오작동으로 인해 자체고장이 발생할 수 있고, 또한 IGBT1의 비포화운전에 따라 전류 흐름을 항상 억제하기 때문에 열 저항이 발생하여 IGBT1의 소자 수명 단축 원인이 되고 있다.
도 5는 전류펄스 발생회로와 별도로 루프 임피던스를 측정하기 위해 별도의 회로를 구비하고 반파 전류 2싸이클 동안 25A 크기의 전류를 연속 흘리고 전압강하 값을 계산하여 루프임피던스 값을 측정하고 있다. 즉 전류펄스 발생 이전 또는 이후 전압(U1)과 전류 펄스 발생시 전압(U2)의 차(U1-U2)를 고정 저항(Rs)에 흐르는 T(2싸이클)동안 적산하여 루프 임피던스값(Ri)을 산출하고 있다.
여기서, U1=전압강하 이전 전압, U2=전압강하 발생시 전압, Rs=전류강하용 고정저항, Ri=루프임피던스 값이다. 그러나 U1은 전원을 공급하는 전원단 전압이 아니라 탐사 단말기 설치점의 부하전압으로 실제 구하고자 하는 전원(변압기)과 부하 간의 전압강하를 구하지 못하고, 2싸이클 이전의 부하전압(U1)과 2싸이클 이후 전류 흐를 때 부하전압(U2)차를 구하여 전압강하를 산출하고 있어 전압변동을 부하전압의 변동으로만 계산하다 보니 주변 기기 동작에 의한 측정에러가 발생하여 선로 임피던스 값의 정확한 산출이 불가능하다. 그리고 전류값이 변압기 또는 선로 용량에 훨씬 못 미치는 25A 전류에 의한 전압강하를 측정하여 실제 불량 등을 측정할 수 없다는 단점이 있다.
도 1은 일반적인 우리나라의 저압 전력망의 구성을 보여준다. 발전기 또는 고압 전력망(Grid)에 연결되어 저압으로 변환하는 변압기와 같은 전원, 최종 사용자 위치에서 전기를 사용할 수 있도록 하는 고객설비, 이 두 설비를 연결해주는 저압망으로 구성된다.
최근에는 중성선 공용접지에 따라 저압망에 PEN점이 존재하고 만약 절연불량에 의한 누전고장 시 누전전류가 PEN점으로 유입된 후 중성선을 통해 변압기로 복귀되어 감전사고 발생여부에 중요한 역할을 하고 있어 이의 관리가 필요하다.
도 2는 기존 기술에서 저압전력망의 구성과 경로탐사하는 탐사 단말장치의 내부 구조도이다. 저압망에 존재하는 전력선의 부하단에서 전원측에 설치된 탐사 중앙장치와 전류 신호 등을 교환하여 전력공급 변압기와 상을 파악하고 또한 전류신호 발생 시 전압강하를 계산하여 루프임피던스 값을 측정하는 기능을 하고 있다. IGBT 두개 중 왼쪽의 IGBT1은 전력선 탐사용으로 버퍼(Buffer) 전압에 의하여 100A 전류가 약 1.5초 듀티(Duty)를 갖는 펄스 신호형태로 컬렉터(Collector)와 에미터(Emitter) 사이에 흐르는 전류를 조정하여 탐사전류 신호전송 하다가, 만약 전력선 단락 또는 지락고장과 같은 과전류 흐름(120A 이상) 감지되면, 버퍼 전압을 조정하여 IGBT1에 흐르는 전류를 제한하여 과전류에 의한 고장을 보호하도록 하고 있다. 이와 같이 IGBT1은 포화전압 (IGBT 컬렉터와 에미터 사이에 최대전류가 흐르도록 게이트에 최대전압을 인가하는 것)에 미치지 못하는 전압으로 흐르는 전류를 제한하는 반면, IGBT2는 10옴 저항을 직렬로 연결하여 최대전류 15A(150V/10옴)가 순식간에 흐르도록 포화운전하여 IGBT1의 전류제한에 따른 차단 부작용을 최소화하도록 운전하고 있다.
도 3은 도 2에서와 같이 이전 기술에서는 IGBT1을 켠(turn on) 후 설계전류를 흘리기까지 2단계 상승 파형을 보여주고 있다. 1단계로 MOS FET 버퍼에 약 8V(포화전압의 1/2)을 공급하여 1단계 전류가 흐르도록 하고 2단계로 선로 임피던스 등에 따라 IGBT1의 게이트 공급전압을 MOS FET 버퍼의 전압 조정하여 설계전류 (100A)가 흐르도록 하여 외부고장(선로단락 등)에 대비하도록 하였다. 그러나 탐사 단말장치의 보호목적은 전력선 단락에 의한 고장 예방보다는 변압기와 근접한 곳(선로임피던스가 거의 0.01옴 이하인 곳)에서 최초 전류 펄스신호 발생 시 과전류에 의한 IGBT소자의 소손발생 방지를 위한 목적이 더 크다.
그래서 이전 기술에서는 탐사전류를 설계전류가 바로 흐르지 않도록 게이트 전압을 8V이하로 공급하는 1단계 후 이상이 없으면 2단계 버퍼 전압 조정으로 설계전류(100A)에 상승하도록 하여 도 3의 전류 펄스 시작시간과 설계전류 도달시간까지 지연시간 발생하여 반대편에서 이 전류 펄스 신호를 수신하는 장치에서는 도 4와 같이 신호검출과 비검출 대역을 명확히 구분하지 못해 수신에러가 발생하고 있다.
또한, 2개의 IGBT 스위칭소자를 병렬로 사용할 경우 슈트 스루(shoot through)와 같은 현상이 발생하여 오작동으로 인해 자체고장이 발생할 수 있고, 또한 IGBT1의 비포화운전에 따라 전류 흐름을 항상 억제하기 때문에 열 저항이 발생하여 IGBT1의 소자 수명 단축 원인이 되고 있다.
도 5는 전류펄스 발생회로와 별도로 루프 임피던스를 측정하기 위해 별도의 회로를 구비하고 반파 전류 2싸이클 동안 25A 크기의 전류를 연속 흘리고 전압강하 값을 계산하여 루프임피던스 값을 측정하고 있다. 즉 전류펄스 발생 이전 또는 이후 전압(U1)과 전류 펄스 발생시 전압(U2)의 차(U1-U2)를 고정 저항(Rs)에 흐르는 T(2싸이클)동안 적산하여 루프 임피던스값(Ri)을 산출하고 있다.
여기서, U1=전압강하 이전 전압, U2=전압강하 발생시 전압, Rs=전류강하용 고정저항, Ri=루프임피던스 값이다. 그러나 U1은 전원을 공급하는 전원단 전압이 아니라 탐사 단말기 설치점의 부하전압으로 실제 구하고자 하는 전원(변압기)과 부하 간의 전압강하를 구하지 못하고, 2싸이클 이전의 부하전압(U1)과 2싸이클 이후 전류 흐를 때 부하전압(U2)차를 구하여 전압강하를 산출하고 있어 전압변동을 부하전압의 변동으로만 계산하다 보니 주변 기기 동작에 의한 측정에러가 발생하여 선로 임피던스 값의 정확한 산출이 불가능하다. 그리고 전류값이 변압기 또는 선로 용량에 훨씬 못 미치는 25A 전류에 의한 전압강하를 측정하여 실제 불량 등을 측정할 수 없다는 단점이 있다.
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이러한 목적을 달성하기 위하여 전력선 탐사 시 전류신호 발생 정확도를 향상하기 위하여 단일 스위칭 소자를 사용하여 전류신호 송신과 수신이 동기된 일정 시간대에 이뤄지도록 송수신 장치간 상호 통신하여 전류신호 발생시간을 협의하고 발생시간에 정확히 전류신호 탐사 및 전압변동 측정으로 전력선 구성 탐사는 물론 전력선 품질관리가 가능하도록 하여 설비 유지보수 업무에 활용 가능하도록 하였다.
본 발명의 일 실시예에 따라서,
저항;
다이오드;
스위치; 및
통신수단을 포함하여 이루어지는 탐사 단말장치는,
전원에 연결된 도체;
상기 전원에 연결된 도체 양단에 연결하여 직렬 연결된 저항과 다이오드에 흐르는 전류를 단속하여 전류 신호를 발생하는 스위칭부;
상기 스위칭부 작동을 제어하는 스위칭 드라이버부;
상기 스위칭부 동작시간을 제어하는 스위칭 시간 동기부;
상기 스위칭 시간에 전압을 측정하는 전압검출부;
탐사 중앙장치와 시간 동기를 맞추기 위한 통신장치부;
시간 동기된 전원측과 부하측 전압을 비교하여 전압강하값 산출하고 결과를 표시하는 측정표시부;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 스위칭 시간 동기부는 상기 통신장치부를 통해 탐사 중앙장치와 시간 동기되어 스위칭부 및 전압검출부 동작시간을 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 산출된 실시간 전압 강하값을 이용하여 선로 루프 임피던스를 산출하고 표시하는 측정표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라서,
임의의 배전망;
상기 배전망에 전력을 공급하는 전원설비(들);
상기 배전망의 전력공급 구역에 있는 부하설비(들);
상기 전원설비들에 연결된 탐사 중앙장치(들);
상기 부하 설비들에 연결된 탐사 단말장치(들);
상기 탐사 중앙장치(들)와 상기 탐사 단말장치(들) 간에 존재하는 통신수단(들)을 포함하여 이루어지는 전력선 탐사장치의 실시간 전압강하 측정 가능한 전력선 탐사 방법은,
상기 통신수단(들)에 연결하여 상기 탐사 중앙장치(들)와 상기 탐사 단말장치(들)이 통신하여 서로를 인식하는 단계;
상기 탐사 단말장치가 상기 탐사 중앙장치에 임의의 도체를 통해 전류신호를 전송하는 단계;
상기 탐사 중앙탐사 장치가 상기 탐사 단말장치가 전송한 전류신호를 상기 임의의 도체에서 검출하여 상기 부하설비(들)와 연결된 도체정보를 파악하는 단계; 및
상기 도체정보를 파악하는 단계와 별도로 상기 전류신호가 발생하는 시간 동안 전압값 변동을 측정할 수 있는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 탐사 단말장치가 상기 전류신호를 전송하는 단계 이전에 상기 상대방 탐사 중앙장치와 전류발생 시간정보를 교환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 상대방 탐사 중앙장치가 상기 도체정보를 파악하는 단계 이전에 상기 탐사 단말장치가 교환된 시간정보에 따라 상기 전류신호 발생시간 동안에 상기 탐사 중앙장치가 도체정보를 파악하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 상대방 탐사 중앙장치가 상기 전압값 변동을 측정하는 단계 이전에 상기 탐사 단말장치가 교환된 시간정보에 따라 상기 전류신호 발생시간 동안에 상기 탐사 중앙장치가 전압값 변동을 측정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 탐사 중앙장치가 도체정보 파악 결과를 상기 통신수단을 통하여 상기탐사 단말장치와 교환하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 탐사 중앙장치가 전압값 변동 측정값을 상기 통신수단을 통해 상기 탐사단말장치와 교환하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 탐사 단말장치와 상기 탐사 중앙장치가 전압 변동값을 교환하여 상기 도체별로 전압강하 값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 도체별로 산출된 전압강하 값과 전류제한용 저항값을 이용하여 상기 도체별 루프 임피던스를 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따라서,
저항;
다이오드;
스위치; 및
통신수단을 포함하여 이루어지는 탐사 단말장치는,
전원에 연결된 도체;
상기 전원에 연결된 도체 양단에 연결하여 직렬 연결된 저항과 다이오드에 흐르는 전류를 단속하여 전류 신호를 발생하는 스위칭부;
상기 스위칭부 작동을 제어하는 스위칭 드라이버부;
상기 스위칭부 동작시간을 제어하는 스위칭 시간 동기부;
상기 스위칭 시간에 전압을 측정하는 전압검출부;
탐사 중앙장치와 시간 동기를 맞추기 위한 통신장치부;
시간 동기된 전원측과 부하측 전압을 비교하여 전압강하값 산출하고 결과를 표시하는 측정표시부;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 스위칭 시간 동기부는 상기 통신장치부를 통해 탐사 중앙장치와 시간 동기되어 스위칭부 및 전압검출부 동작시간을 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 산출된 실시간 전압 강하값을 이용하여 선로 루프 임피던스를 산출하고 표시하는 측정표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라서,
임의의 배전망;
상기 배전망에 전력을 공급하는 전원설비(들);
상기 배전망의 전력공급 구역에 있는 부하설비(들);
상기 전원설비들에 연결된 탐사 중앙장치(들);
상기 부하 설비들에 연결된 탐사 단말장치(들);
상기 탐사 중앙장치(들)와 상기 탐사 단말장치(들) 간에 존재하는 통신수단(들)을 포함하여 이루어지는 전력선 탐사장치의 실시간 전압강하 측정 가능한 전력선 탐사 방법은,
상기 통신수단(들)에 연결하여 상기 탐사 중앙장치(들)와 상기 탐사 단말장치(들)이 통신하여 서로를 인식하는 단계;
상기 탐사 단말장치가 상기 탐사 중앙장치에 임의의 도체를 통해 전류신호를 전송하는 단계;
상기 탐사 중앙탐사 장치가 상기 탐사 단말장치가 전송한 전류신호를 상기 임의의 도체에서 검출하여 상기 부하설비(들)와 연결된 도체정보를 파악하는 단계; 및
상기 도체정보를 파악하는 단계와 별도로 상기 전류신호가 발생하는 시간 동안 전압값 변동을 측정할 수 있는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 탐사 단말장치가 상기 전류신호를 전송하는 단계 이전에 상기 상대방 탐사 중앙장치와 전류발생 시간정보를 교환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 상대방 탐사 중앙장치가 상기 도체정보를 파악하는 단계 이전에 상기 탐사 단말장치가 교환된 시간정보에 따라 상기 전류신호 발생시간 동안에 상기 탐사 중앙장치가 도체정보를 파악하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 상대방 탐사 중앙장치가 상기 전압값 변동을 측정하는 단계 이전에 상기 탐사 단말장치가 교환된 시간정보에 따라 상기 전류신호 발생시간 동안에 상기 탐사 중앙장치가 전압값 변동을 측정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 탐사 중앙장치가 도체정보 파악 결과를 상기 통신수단을 통하여 상기탐사 단말장치와 교환하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 탐사 중앙장치가 전압값 변동 측정값을 상기 통신수단을 통해 상기 탐사단말장치와 교환하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 탐사 단말장치와 상기 탐사 중앙장치가 전압 변동값을 교환하여 상기 도체별로 전압강하 값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 도체별로 산출된 전압강하 값과 전류제한용 저항값을 이용하여 상기 도체별 루프 임피던스를 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 효과는 다음과 같다.
첫째, 전류 발생 신호의 지연을 줄여 신호 수신 장치에서 정확한 신호 검출 시간 대역을 알 수 있고 검출하도록 하여 탐사용 전류신호 전송효율 향상할 수 있다.
둘째, 임피던스 측정을 부하단 전압에서 전압강하를 계산하고 임피던스 값을 산출하던 것을 전원전압과 비교하여 실제 전압강하를 사용하여 정확한 임피던스 값을 측정할 수 있도록 하였다.
셋째, 전원전압과 부하전압 간의 전압강하를 비교하여 중성선의 품질측정으로 중성선 공용접지에서 역할이 증가한 중성선의 건전성 품질관리를 할 수 있도록 하였다.
넷째, 이전 기술에서는 정확한 임피던스를 측정하기 위해 별도의 전류발생 회로를 사용하여 전력주파수 2 싸이클 이상의 반파전류 흘렸으나, 본 발명에 따른 기술 사용 시 지연없는 전류 신호 발생으로 신호 발생 시간에 전압강하를 측정할 수 있어 추가로 임피던스 측정회로가 필요없으므로 제조비용 절감 및 임피던스 측정 시간 단축이 가능하다.
첫째, 전류 발생 신호의 지연을 줄여 신호 수신 장치에서 정확한 신호 검출 시간 대역을 알 수 있고 검출하도록 하여 탐사용 전류신호 전송효율 향상할 수 있다.
둘째, 임피던스 측정을 부하단 전압에서 전압강하를 계산하고 임피던스 값을 산출하던 것을 전원전압과 비교하여 실제 전압강하를 사용하여 정확한 임피던스 값을 측정할 수 있도록 하였다.
셋째, 전원전압과 부하전압 간의 전압강하를 비교하여 중성선의 품질측정으로 중성선 공용접지에서 역할이 증가한 중성선의 건전성 품질관리를 할 수 있도록 하였다.
넷째, 이전 기술에서는 정확한 임피던스를 측정하기 위해 별도의 전류발생 회로를 사용하여 전력주파수 2 싸이클 이상의 반파전류 흘렸으나, 본 발명에 따른 기술 사용 시 지연없는 전류 신호 발생으로 신호 발생 시간에 전압강하를 측정할 수 있어 추가로 임피던스 측정회로가 필요없으므로 제조비용 절감 및 임피던스 측정 시간 단축이 가능하다.
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도 1은 배전망의 구성을 설명하고 있는 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 탐사 단말장치의 내부 구조 회로도이다
도 3은 종래 기술에서 2단계 전류 신호를 발생할 때 시간 지연을 보여주고 있는 도면이다.
도 4는 전류신호 수신장치에서 신호 탐사 및 비탐사 시간 대역을 보여주고 있는 도면이다.
도 5는 종래 기술에서 2 싸이클 동안 전류를 흘리고 전압강하를 측정하는 것을 도시한 도면이다.
도 6은 발명 과정에서 단일 스위칭소자(IGBT)를 사용하여 전류펄스 발생 시간을 일치하였지만 시간 동기 기능을 탑재하지 않은 탐사 단말장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 도 6과 같이 단일 스위칭 소자를 사용하여 포화전압을 시작과 동시에 인가할 경우 발생되는 시간 지연이 없는 파형을 설명하는 도면이다.
도 8은 도 7의 파형을 실제 스코프 화면에서 촬영한 도면이다.
도 9는 신호 찬사 대역 내에서 전압 강하 파형을 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9를 더 상세히 보여주는 화면을 나타낸 도면이다
도 11은 본 발명에 따른 탐사 중앙장치의 내부 구성도이다
도 12는 본 발명에 따른 시간 동기 기능을 갖춘 탐사 단말장치의 내부 구성도이다
도 13은 탐사 중앙장치와 탐사 단말장치간 시간 동기를 맞추기 위한 시간 기준 동작 설명도이다
도 14는 시간 동기를 위한 탐사 중앙장치의 동작 흐름도이다.
도 15는 시간 동기를 위한 탐사 단말장치의 동작 흐름도이다
도 16은 시간 동기를 위한 탐사 중앙장치와 탐사단말장치간 통신 세션 흐름도이다
도 17은 본 발명을 현장에서 실현한 결과를 보여주는 사진이다
도 2는 종래 기술에 따른 탐사 단말장치의 내부 구조 회로도이다
도 3은 종래 기술에서 2단계 전류 신호를 발생할 때 시간 지연을 보여주고 있는 도면이다.
도 4는 전류신호 수신장치에서 신호 탐사 및 비탐사 시간 대역을 보여주고 있는 도면이다.
도 5는 종래 기술에서 2 싸이클 동안 전류를 흘리고 전압강하를 측정하는 것을 도시한 도면이다.
도 6은 발명 과정에서 단일 스위칭소자(IGBT)를 사용하여 전류펄스 발생 시간을 일치하였지만 시간 동기 기능을 탑재하지 않은 탐사 단말장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 도 6과 같이 단일 스위칭 소자를 사용하여 포화전압을 시작과 동시에 인가할 경우 발생되는 시간 지연이 없는 파형을 설명하는 도면이다.
도 8은 도 7의 파형을 실제 스코프 화면에서 촬영한 도면이다.
도 9는 신호 찬사 대역 내에서 전압 강하 파형을 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9를 더 상세히 보여주는 화면을 나타낸 도면이다
도 11은 본 발명에 따른 탐사 중앙장치의 내부 구성도이다
도 12는 본 발명에 따른 시간 동기 기능을 갖춘 탐사 단말장치의 내부 구성도이다
도 13은 탐사 중앙장치와 탐사 단말장치간 시간 동기를 맞추기 위한 시간 기준 동작 설명도이다
도 14는 시간 동기를 위한 탐사 중앙장치의 동작 흐름도이다.
도 15는 시간 동기를 위한 탐사 단말장치의 동작 흐름도이다
도 16은 시간 동기를 위한 탐사 중앙장치와 탐사단말장치간 통신 세션 흐름도이다
도 17은 본 발명을 현장에서 실현한 결과를 보여주는 사진이다
도 6은 IGBT 두개를 사용할 때 내부 고장에 따른 문제점을 개선하기 위해 한개의 IGBT만 사용한 구성이다. 이전에는 전류 신호를 100A 이상으로 버퍼 전압을 조정하여 흐르도록 하였으나, 본 발명에서는 발생지연을 없애 신호 수신장치에서 전류신호 탐색대역 폭을 좁게 운영하여도 신호 검출할 수 있도록 정확한 시간 동기가 가능하여 발생전류 크기를 80A로 제한하여 낮췄다. 즉 이전 기술에서 IGBT2처럼 포화전압 운전하기 위하여 전류 발생 시작시간을 하강 제로크로싱점, 반파정류 전류흐름 소멸점으로부터 1.5ms 이전인 150V 전압이 걸리는 순간에 전류 흐름을 포화전압을 인가하여 컬렉터와 에미터 전류를 최대한 흐르도록 하고 대신 설계전류로 제한하기 위하여 도 6의 전류발생용 저항값을 1.875옴을 IGBT에 직렬로 연결하여 선로 임피던스가 최저가 되어도 80A이상(150V/1.875옴 = 80A) 전류가 IGBT를 통해 절대 흐르지 못하도록 설계하여 스위칭 소자 불량 및 소손에 의한 안전사고를 방지하였다.
위와 같이 IGBT에 흐르는 최대전류를 이전 기술과 같이 게이트 공급전압을 가변하여 조정하는 것이 아니라 IGBT의 열저항이 발생하지 않도록 IGBT는 포화전압 운전하였고 전류제한을 저항으로 하여 전류발생 시간 후 상승점 도달 지연시간을 최소화하였다.
도 7은 도 6과 같이 단일 IGBT 포화전압 운전 시 발생 파형이다. 지연시간 td가 현저히 줄어들어 거의 없는 것을 알 수 있다.
이와 같이 전류 신호의 최고점 도달 지연시간을 최소화하였기 때문에 신호발생시간과 수신시간을 일치할 수 있어 측정의 정확도를 향상시킬 수 있게 되었다.
도 8은 실제 전류신호 발생파형을 캡처한 것이다. 노랑색 파형은 AC 전압을 보여주고, 빨강색은 게이트 전압, 녹색은 부하전류 파형을 보여주고 있다. 빨강색 게이트 전압과 녹색 부하전류 파형의 시작시간이 일치하는 것을 알 수 있다.
전류 신호 발생 즉시 최대 전류 신호값을 가져 수신하는 측에서 이 신호를 정확히 검출할 수 있고, 도 9는 신호 탐색 대역 내에서 전압값 변화 파형을 확대한 것이다. 즉 탐사 단말장치에서 전류신호 발생 시 송신하는 탐사 단말장치와 이를 수신하는 탐사 중앙장치간 시간 동기되어 신호탐색 대역 내에서 전류신호 검출하여 회선정보를 파악하고 동시에 전압을 측정하여 전압차를 구하여 전압강하 및 임피던스 측정을 할 수 있다. 이렇게 시간 동기된 전원전압과 부하전압을 도 10과 같이 1.5ms 이내의 전류신호 유지시간 내에 전압변동 값을 적산하여 비교하면 회선탐사와 동시에 임피던스 등을 측정할 수 있어 추가 임피던스 측정회로가 불필요하게 되고, 지중변압기 최대 용량인 500kVA에서 최대 허용전류인 750A의 1/10 이상 전류(80A)를 발생하여 전압강하 값을 측정함으로서 설비불량 여부 등을 이전 기술의 25A 급 전류를 사용할 때보다 더 많이 검출할 수 있는 것이다.
도 11은 동시 전압강하 측정을 위한 탐사 중앙장치의 회로 구성도이다.
기존 회선탐사 기능을 하는 탐사전류 검출부와 탐사전류 검출정보 등을 전송하는 전송부 외에 전압측정 회로와 시간동기부가 갖춰져 통신수단을 통해 탐사 단말장치와 시간동기를 맞추기 위한 장치와 기능이 추가되었다. 도한 이전 기술에서는 탐사전류 발생 신호를 정확히 알 수 없어 탐색시간을 길게 가졌지만, 본 발명에 따른 기술을 실현하면 시간 동기로 탐사 단말장치가 전류신호 발생시간을 정확히 예상할 수 있어 신호탐색 시간을 짧게 운영하여도 신호수신 정확도를 향상할 수 있다.
도 12는 전류신호를 발생하는 탐사 단말장치의 내부 회로도이다. 이전 기술에서는 제로크로싱 시간만을 추적하여 전류신호를 발생하였으나, 본 발명에서는 탐사 중앙장치에서 요구되는 전류신호 발생 시간을 수신받아 스위칭 시간 동기부가 발생 요구시간에 정확히 신호를 발생하도록 하였다. 또한, 탐사 중앙장치와 동기를 맞주기 위한 통신기능을 추가하였다.
도 13은 탐사 단말장치를 B상에 연결하였을 경우와 탐사 중앙장치는 3상을 번갈아 가며 전압을 측정한 결과를 탐사 단말장치와 동기하는 작업과정을 시간 흐름에 따라 설명한 그림이다. 본 발명의 실시예에서는 전류신호 발생 신호를 전송하고 3 싸이클 후에 전류신호를 발생하고 그 때 변동하는 전압을 측정하여 같은 상 전원과 부하전압을 비교할 수 있도록 하였다.
도 14는 탐사 중앙장치의 전압측정 순서도이다. 매 상마다 번갈아가며 전압을 측정하기 이전에 탐사 단말장치에 시간 동기 신호를 보내고 일정 시간 경과 후 전류신호를 발생할 것이라고 예상되는 시간에 전압을 측정하고 그 결과를 전송한다.
도 15는 탐사 단말장치의 전압측정 순서도이다. 탐사 중앙장치로부터 전류발생 시간을 통보받고 일정시간 경과된 예정시간에 전류신호 발생 및 전압변화값을 동시에 측정하여 수신된 전원측 전압값과 비교하여 전입강하 값을 계산한다.
도 16은 탐사 중앙장치와 탐사 단말장치간 통신 세션 순서도이다. 통신수단을 통해 탐사 중앙장치와 탐사 단말장치간 시간동기 요청 및 전류신호 발생 후 전압 측정값을 전송하고 수신하여 정확도가 향상된 전압강하 등을 측정할 수 있게되었다.
도 17은 본 발명을 현장에서 실시한 결과를 보여주고 있다. B상에서 전압강하 2.3V(229.2-226.9V)가 발생하고 있는 결과를 알 수 있으며 나머지 A상과 C상에서는 0.4V의 전압강하가 발생한 것으로 보아 중성선 불량보다는 B상 전력선 불량이 더 의심된다고 판정할 수 있다.
상기 B상의 전압강하 값을 이용하여 전력선을 포함한 루프 임피던스는 전압강하값 2.3V를 전압강하시 전압 U2(226.9V)로 나누고 이를 다시 도 6의 전류발생용 저항값(1.875옴)을 곱해주면 B상 전력선의 루프 임피던스는 0.019옴으로 측정된다. 반면 A상 루프 임피던스는 0.4V / 228.4 * 1.875 = 0.003옴이고, C상 임피던스도 0.4V / 229.7 * 1.875 = 0.003옴 같은 값을 나타내고 있다. 결국 B상 전력선의 루프저항값은 다른 전력선의 6배(0.019옴/0.003옴)를 보여주고 있어 절연불량 등에 의한 전선 부식 등에 의해 접속부 등이 불량한 것으로 판정되어 추가적으로 경로를 따라 대지전위 상승점 유무 등을 조사하는 등의 품질관리가 요구된다고 판정할 수 있다.
이와 같이 부하측에서 부하전류를 순간적으로 발생하고 동시에 전원,부하 양단에서 전압 측정과 전류신호 검출로 설비구성 내역 파악과 동시에 전력선과 중성선의 불량을 사전에 검출하여 유지보수할 수 있다.
위와 같이 IGBT에 흐르는 최대전류를 이전 기술과 같이 게이트 공급전압을 가변하여 조정하는 것이 아니라 IGBT의 열저항이 발생하지 않도록 IGBT는 포화전압 운전하였고 전류제한을 저항으로 하여 전류발생 시간 후 상승점 도달 지연시간을 최소화하였다.
도 7은 도 6과 같이 단일 IGBT 포화전압 운전 시 발생 파형이다. 지연시간 td가 현저히 줄어들어 거의 없는 것을 알 수 있다.
이와 같이 전류 신호의 최고점 도달 지연시간을 최소화하였기 때문에 신호발생시간과 수신시간을 일치할 수 있어 측정의 정확도를 향상시킬 수 있게 되었다.
도 8은 실제 전류신호 발생파형을 캡처한 것이다. 노랑색 파형은 AC 전압을 보여주고, 빨강색은 게이트 전압, 녹색은 부하전류 파형을 보여주고 있다. 빨강색 게이트 전압과 녹색 부하전류 파형의 시작시간이 일치하는 것을 알 수 있다.
전류 신호 발생 즉시 최대 전류 신호값을 가져 수신하는 측에서 이 신호를 정확히 검출할 수 있고, 도 9는 신호 탐색 대역 내에서 전압값 변화 파형을 확대한 것이다. 즉 탐사 단말장치에서 전류신호 발생 시 송신하는 탐사 단말장치와 이를 수신하는 탐사 중앙장치간 시간 동기되어 신호탐색 대역 내에서 전류신호 검출하여 회선정보를 파악하고 동시에 전압을 측정하여 전압차를 구하여 전압강하 및 임피던스 측정을 할 수 있다. 이렇게 시간 동기된 전원전압과 부하전압을 도 10과 같이 1.5ms 이내의 전류신호 유지시간 내에 전압변동 값을 적산하여 비교하면 회선탐사와 동시에 임피던스 등을 측정할 수 있어 추가 임피던스 측정회로가 불필요하게 되고, 지중변압기 최대 용량인 500kVA에서 최대 허용전류인 750A의 1/10 이상 전류(80A)를 발생하여 전압강하 값을 측정함으로서 설비불량 여부 등을 이전 기술의 25A 급 전류를 사용할 때보다 더 많이 검출할 수 있는 것이다.
도 11은 동시 전압강하 측정을 위한 탐사 중앙장치의 회로 구성도이다.
기존 회선탐사 기능을 하는 탐사전류 검출부와 탐사전류 검출정보 등을 전송하는 전송부 외에 전압측정 회로와 시간동기부가 갖춰져 통신수단을 통해 탐사 단말장치와 시간동기를 맞추기 위한 장치와 기능이 추가되었다. 도한 이전 기술에서는 탐사전류 발생 신호를 정확히 알 수 없어 탐색시간을 길게 가졌지만, 본 발명에 따른 기술을 실현하면 시간 동기로 탐사 단말장치가 전류신호 발생시간을 정확히 예상할 수 있어 신호탐색 시간을 짧게 운영하여도 신호수신 정확도를 향상할 수 있다.
도 12는 전류신호를 발생하는 탐사 단말장치의 내부 회로도이다. 이전 기술에서는 제로크로싱 시간만을 추적하여 전류신호를 발생하였으나, 본 발명에서는 탐사 중앙장치에서 요구되는 전류신호 발생 시간을 수신받아 스위칭 시간 동기부가 발생 요구시간에 정확히 신호를 발생하도록 하였다. 또한, 탐사 중앙장치와 동기를 맞주기 위한 통신기능을 추가하였다.
도 13은 탐사 단말장치를 B상에 연결하였을 경우와 탐사 중앙장치는 3상을 번갈아 가며 전압을 측정한 결과를 탐사 단말장치와 동기하는 작업과정을 시간 흐름에 따라 설명한 그림이다. 본 발명의 실시예에서는 전류신호 발생 신호를 전송하고 3 싸이클 후에 전류신호를 발생하고 그 때 변동하는 전압을 측정하여 같은 상 전원과 부하전압을 비교할 수 있도록 하였다.
도 14는 탐사 중앙장치의 전압측정 순서도이다. 매 상마다 번갈아가며 전압을 측정하기 이전에 탐사 단말장치에 시간 동기 신호를 보내고 일정 시간 경과 후 전류신호를 발생할 것이라고 예상되는 시간에 전압을 측정하고 그 결과를 전송한다.
도 15는 탐사 단말장치의 전압측정 순서도이다. 탐사 중앙장치로부터 전류발생 시간을 통보받고 일정시간 경과된 예정시간에 전류신호 발생 및 전압변화값을 동시에 측정하여 수신된 전원측 전압값과 비교하여 전입강하 값을 계산한다.
도 16은 탐사 중앙장치와 탐사 단말장치간 통신 세션 순서도이다. 통신수단을 통해 탐사 중앙장치와 탐사 단말장치간 시간동기 요청 및 전류신호 발생 후 전압 측정값을 전송하고 수신하여 정확도가 향상된 전압강하 등을 측정할 수 있게되었다.
도 17은 본 발명을 현장에서 실시한 결과를 보여주고 있다. B상에서 전압강하 2.3V(229.2-226.9V)가 발생하고 있는 결과를 알 수 있으며 나머지 A상과 C상에서는 0.4V의 전압강하가 발생한 것으로 보아 중성선 불량보다는 B상 전력선 불량이 더 의심된다고 판정할 수 있다.
상기 B상의 전압강하 값을 이용하여 전력선을 포함한 루프 임피던스는 전압강하값 2.3V를 전압강하시 전압 U2(226.9V)로 나누고 이를 다시 도 6의 전류발생용 저항값(1.875옴)을 곱해주면 B상 전력선의 루프 임피던스는 0.019옴으로 측정된다. 반면 A상 루프 임피던스는 0.4V / 228.4 * 1.875 = 0.003옴이고, C상 임피던스도 0.4V / 229.7 * 1.875 = 0.003옴 같은 값을 나타내고 있다. 결국 B상 전력선의 루프저항값은 다른 전력선의 6배(0.019옴/0.003옴)를 보여주고 있어 절연불량 등에 의한 전선 부식 등에 의해 접속부 등이 불량한 것으로 판정되어 추가적으로 경로를 따라 대지전위 상승점 유무 등을 조사하는 등의 품질관리가 요구된다고 판정할 수 있다.
이와 같이 부하측에서 부하전류를 순간적으로 발생하고 동시에 전원,부하 양단에서 전압 측정과 전류신호 검출로 설비구성 내역 파악과 동시에 전력선과 중성선의 불량을 사전에 검출하여 유지보수할 수 있다.
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Claims (13)
- 저항;
다이오드;
스위치; 및
통신수단을 포함하여 이루어지는 탐사 단말장치에 있어서,
전원에 연결된 도체;
상기 전원에 연결된 도체 양단에 연결하여 직렬 연결된 저항과 다이오드에 흐르는 전류를 단속하여 전류 신호를 발생하는 스위칭부;
상기 스위칭부의 작동을 제어하는 스위칭 드라이버부;
상기 스위칭부의 동작 시간을 제어하는 스위칭 시간 동기부;
상기 스위칭부의 동작 시간에 전압을 측정하는 전압검출부;
탐사 중앙장치와 시간 동기를 맞추기 위한 통신장치부;
시간 동기된 전원측과 부하측 전압을 비교하여 전압강하값 산출하고 결과를 표시하는 측정표시부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 탐사 단말장치. - 제 1항에 있어서,
상기 스위칭 시간 동기부는 상기 통신장치부를 통해 탐사 중앙장치와 시간 동기되어 스위칭부 및 전압검출부 동작시간을 제어하는 것을 특징으로 하는 탐사 단말장치. - 삭제
- 제 1항에 있어서,
산출된 실시간 전압 강하값을 이용하여 선로 루프 임피던스를 산출하고 표시하는 측정표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탐사 단말장치. - 삭제
- 배전망;
상기 배전망에 전력을 공급하는 전원설비;
상기 배전망의 전력공급 구역에 있는 부하설비;
상기 전원설비에 연결된 적어도 하나의 탐사 중앙장치;
상기 부하설비에 연결된 적어도 하나의 탐사 단말장치;
상기 탐사 중앙장치와 상기 탐사 단말장치 간에 존재하는 적어도 하나의 통신수단을 포함하여 이루어지는 전력선 탐사장치의 실시간 전압강하 측정 가능한 전력선 탐사 방법에 있어서,
상기 통신수단에 연결하여 상기 탐사 중앙장치와 상기 탐사 단말장치가 통신하여 서로를 인식하는 단계;
상기 탐사 단말장치가 상기 탐사 중앙장치에 임의의 도체를 통해 전류신호를 전송하는 단계;
상기 탐사 중앙장치가 상기 탐사 단말장치가 전송한 전류신호를 상기 도체에서 검출하여 상기 부하설비와 연결된 도체정보를 파악하는 단계; 및
상기 도체정보를 파악하는 단계와 별도로 상기 전류신호가 발생하는 시간 동안 전압값 변동을 측정할 수 있는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 전압강하 측정 가능한 전력선 탐사방법. - 제 6항에 있어서,
상기 탐사 단말장치가 상기 전류신호를 전송하는 단계 이전에 상기 탐사 중앙장치와 전류발생 시간정보를 교환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 전압강하 측정 가능한 전력선 탐사방법. - 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
상기 탐사 중앙장치가 상기 도체정보를 파악하는 단계 이전에 상기 탐사 단말장치가 교환된 시간정보에 따라 상기 전류신호 발생시간 동안에 상기 탐사 중앙장치가 도체정보를 파악하는 것을 특징으로 하는 실시간 전압강하 측정 가능한 전력선 탐사방법. - 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
상기 탐사 중앙장치가 상기 전압값 변동을 측정하는 단계 이전에 상기 탐사 단말장치가 교환된 시간정보에 따라 상기 전류신호 발생시간 동안에 상기 탐사 중앙장치가 전압값 변동을 측정하는 것을 특징으로 하는 실시간 전압강하 측정 가능한 전력선 탐사방법. - 제 6항에 있어서,
상기 탐사 중앙장치가 도체정보 파악 결과를 상기 통신수단을 통하여 상기탐사 단말장치와 교환하는 것을 특징으로 하는 실시간 전압강하 측정 가능한 전력선 탐사방법. - 제 6항에 있어서,
상기 탐사 중앙장치가 전압값 변동 측정값을 상기 통신수단을 통해 상기 탐사단말장치와 교환하는 것을 특징으로 하는 실시간 전압강하 측정 가능한 전력선 탐사방법. - 제 6항에 있어서,
상기 탐사 단말장치와 상기 탐사 중앙장치가 전압 변동값을 교환하여 상기 도체별로 전압강하 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 실시간 전압강하 측정 가능한 전력선 탐사방법. - 제 12항에 있어서,
상기 도체별로 산출된 전압강하 값과 전류제한용 저항값을 이용하여 상기 도체별로 루프 임피던스를 측정하는 것을 특징으로 하는 실시간 전압강하 측정 가능한 전력선 탐사방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020140129549A KR101708334B1 (ko) | 2014-09-26 | 2014-09-26 | 실시간 전압강하 측정 가능한 전력선 탐사장치 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140129549A KR101708334B1 (ko) | 2014-09-26 | 2014-09-26 | 실시간 전압강하 측정 가능한 전력선 탐사장치 및 방법 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20160037375A KR20160037375A (ko) | 2016-04-06 |
| KR101708334B1 true KR101708334B1 (ko) | 2017-02-27 |
Family
ID=55790364
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140129549A KR101708334B1 (ko) | 2014-09-26 | 2014-09-26 | 실시간 전압강하 측정 가능한 전력선 탐사장치 및 방법 |
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|---|---|
| KR (1) | KR101708334B1 (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101997536B1 (ko) | 2018-05-08 | 2019-10-01 | 한국전력공사 | 회로 건전성 시험 장치, 이의 방법, 및 이 방법을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100947848B1 (ko) | 2008-10-22 | 2010-03-18 | 이현창 | 저압 전력선 품질 측정이 가능한 고압 및 저압 전력선 경로 및 회선 탐사 방법 및 장치 |
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| KR101039037B1 (ko) * | 2010-05-18 | 2011-06-03 | 이현창 | 전류파형 유사도 측정에 의한 활선 변류비 오차 검사 방법 |
| KR20130024991A (ko) * | 2011-08-23 | 2013-03-11 | 이현창 | 전력선 경로 및 회선탐사 방법 |
| KR101977093B1 (ko) * | 2012-03-06 | 2019-09-10 | 이현창 | 전력선 탐사 장치 및 전력선 탐사 방법 |
-
2014
- 2014-09-26 KR KR1020140129549A patent/KR101708334B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100947848B1 (ko) | 2008-10-22 | 2010-03-18 | 이현창 | 저압 전력선 품질 측정이 가능한 고압 및 저압 전력선 경로 및 회선 탐사 방법 및 장치 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20160037375A (ko) | 2016-04-06 |
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