KR101909379B1

KR101909379B1 - 누설전류 측정 방법 및 누설전류 측정 장치

Info

Publication number: KR101909379B1
Application number: KR1020170047143A
Authority: KR
Inventors: 나오키 유미야마
Original assignee: 교리츠 덴끼 게이끼 가부시키가이샤
Priority date: 2016-06-30
Filing date: 2017-04-12
Publication date: 2018-10-17
Also published as: JP6240918B1; JP2018004394A; KR20180003414A

Abstract

<과제> 노이즈 등의 영향을 받는 일이 없이 피측정 배전선에 흐르는 누설전류를 통전 상태인 채로 안전하고 정확하게 검출할 수 있는 누설전류 측정 장치를 제공한다.
<해결 수단> 누설전류 측정 장치(1)의 처리 수단(13)은 전압검출 수단(11)으로부터 공급되는 상간전압 Utr로부터 해석 윈도우(window) 폭을 구하여 상간전압 파형 데이터 Du로 변환하고, 전류검출 수단(12)으로부터 공급되는 전압 신호 Ui를 전류 파형 데이터 Di로 변환하고, 각각 퓨리에 변환하고, 상간전압 파형 데이터 Du의 기본파 실수부 U_1r과 허수부 U_1i, 전류 파형 데이터 Di의 기본파 실수부 Io_1r와 허수부 Io_1i를 구하고 아래의 식 (1)의 연산을 행한다.

Description

누설전류 측정 방법 및 누설전류 측정 장치{LEAKAGE CURRENT MEASURING METHOD AND LEAKAGE CURRENT MEASURING APPARATUS}

본 발명은 변압기의 저압측 3상 코일이 삼각형으로 결선되고, S상, T상, R상 중 S상이 접지된 3상 3선식 배전선을 측정 대상의 피측정 배전선으로 하고, 이 피측정 배전선에 있어서의 절연저항의 누설전류 Ior를 측정하는 누설전류 측정 방법 및 이 방법을 적용한 누설전류 측정 장치에 관한 것이다.

3상 3선식 배전선의 누설전류를 측정하는 방법을 적용한 누설전류 측정 장치로서 아래와 같이 특허 문헌 1 내지 특허 문헌 5에 개시된 누설전류 측정 장치(누설전류검출 장치)가 있다. 이 누설전류 측정 장치에 있어서는, 전압 측정 수단이 3상 3선식 배전 방식(S상 접지)의 비접지상(R상-T상) 사이에 발생하고 있는 상간전압(相間電壓)을 차례차례 입력 측정하고, 영상전류(零相電流) 측정 수단이 전원으로부터 배전선이나 이 배전선에 접속된 부하 설비로서의 전기 기기를 통해서 흐르는 대지 누설전류인 영상전류를 측정함과 아울러, 위상각도 산출 수단에 의해 상간전압과 영상전류와의 위상각도를 산출하고, 연산 수단이 전압 측정 수단에 의해 측정한 상간전압, 영상전류 측정 수단에 의해 측정한 영상전류, 위상각도 산출 수단에 의해 연산한 상간전압과 영상전류와의 위상각도로부터 배전선이나 전기 기기의 대지 절연저항을 통해서 흐르는 누설전류를 벡터 연산하는 것이다.

상술한 특허 문헌 1 내지 특허 문헌 5 등에 기재된 누설전류 측정 장치의 경우, 피측정 배전선의 절연 열화에 의해 대지 절연저항을 통해서 흐르는 누설전류가 발생하면, 이 전류와 대지 정전용량을 흐르는 전류와의 합성치가 누설전류의 합계인 영상전류로서 계측되지만, 밸런스 상태의 전압에 대지 정전용량이 접속된 S상 접지의 3상 3선식 배전선에서는, 대지 절연저항을 통해서 흐르는 누설전류와 대지 정전용량을 통해서 흐르는 전류와의 위상각도를 이용하여 벡터 연산함으로써, 대지 정전용량을 흐르는 전류의 영향분을 없앨 수 있으므로, 연산에 의해 대지 절연저항을 통해서 흐르는 누설전류만을 정밀도 좋게 산출할 수 있다. 따라서, 상술한 누설전류 측정 장치에서는, S상이 접지된 3상 3선식 배전선이나 거기에 접속되는 전기 기기의 대지 절연저항을 통해서 흐르는 누설전류를 통전 상태인 채로 안전하게 검출할 수가 있다.

일본국 특허 제4159590호 공보 일본국 특허 제4920357호 공보 일본국 특허 제4945727호 공보 일본국 특허 제5216958호 공보 일본국 특허 제5329470호 공보

그렇지만, 특허 문헌 1 내지 특허 문헌 5 등에 기재된 누설전류 측정 장치에서는, 반드시 현재의 피측정 선로에 대해서 적절한 누설전류 검출을 행할 수 없을 가능성이 있다.

상술한 누설전류 측정 장치에 있어서는, 상간전압과 영상전류와의 위상각도를 정확하게 측정할 필요가 있지만, 누설전류에는 LED용 조명에 의한 전원 주파수 대역에 인접한 고조파, 산업용 모터의 가변속 장치로부터 발생하는 인버터(inverter) 노이즈 등이 항상 중첩된 상태로 되어 있고, 일반적으로 사용되고 있는 단순한 비교기를 사용한 위상 비교기에서는 노이즈의 영향을 크게 받게 되기 때문에, 정확하게 상간전압과 영상전류와의 위상각도를 측정할 수 없다고 하는 문제가 있다.

이러한 노이즈 대책으로서 저역통과 필터(low pass filter), 고역통과 필터(high pass filter), 혹은 대역통과 필터(band pass filter)를 아날로그 필터 및 디지털 필터에 의해 노이즈 제거부를 구성하고, 측정 대상이 되는 대역외의 신호 성분(노이즈 성분)을 노이즈 제거부에서 없앤 후에 위상 비교기에 입력하는 것이 제안되어 있다.

그렇지만, 아날로그 필터, 디지털 필터의 구성에서는 차단 주파수 대역외의 주파수 성분을 체감(遞減)시키는 구성이기 때문에, 전원 주파수 대역(기본파 주파수 대역)에 가까운 주파수 대역의 노이즈를 완전하게는 없앨 수 없다. 또, 상기 노이즈는 전원 주파수 대역에 가깝고 비교적 늦은 주파수의 노이즈이기 때문에, 상간전압과 영상전류와의 위상각도의 측정에 크게 영향을 미쳐, 이러한 3상 3선식 배전 방식 (S상 접지)의 배전선에 대해서는 통전 상태인 채로 누설전류를 정확하게 검출할 수 없는 것이다.

그래서, 본 발명은 LED용 조명에 의한 고조파나 산업용 모터의 가변속 장치로부터 발생하는 인버터 노이즈 등의 영향을 받는 일이 없이 피측정 배전선에 흐르는 누설전류를 통전 상태인 채로 안전하고 정확하게 검출할 수 있는 누설전류 측정 방법 및 누설전류 측정 장치의 제공을 목적으로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위해서, 청구항 1과 관련되는 발명은 변압기의 저압측 3상 코일이 삼각형으로 결선되고, S상, T상, R상 중 S상이 접지된 3상 3선식 배전선을 측정 대상의 피측정 배전선으로 하고, 이 피측정 배전선에 있어서의 절연저항의 누설전류 Ior를 측정하는 누설전류 측정 방법으로서, 상기 피측정 배전선의 R상과 T상 사이의 상간전압 Utr를 검출하는 전압검출 공정과, 상기 피측정 배전선에 흐르는 합성 누설전류 Io를 검출하는 전류검출 공정과, 상기 상간전압 Utr로부터 해석 윈도우(window) 폭을 구함과 아울러, 퓨리에(Fourier) 변환을 이용하여, 상기 상간전압 Utr의 기본파 실수부 U_1r과 허수부 U_1i, 및 상기 합성 누설전류 Io의 기본파 실수부 Io_1r와 허수부 Io_1i를 구하는 제1 연산 공정과, 아래의 식 (1)에 기초하여, 상기 절연저항의 누설전류 Ior를 구하는 제2 연산 공정을 행하는 것을 특징으로 한다.

또, 청구항 2와 관련되는 발명은 변압기의 저압측 3상 코일이 삼각형으로 결선되고, S상, T상, R상 중 S상이 접지된 3상 3선식 배전선을 측정 대상의 피측정 배전선으로 하고, 이 피측정 배전선에 있어서의 절연저항의 누설전류 Ior를 측정하는 누설전류 측정 장치로서, 상기 피측정 배전선의 R상과 T상 사이의 상간전압 Utr를 검출하는 전압검출 수단과, 상기 피측정 배전선에 흐르는 합성 누설전류 Io를 검출하는 전류검출 수단과, 상기 상간전압 Utr로부터 해석 윈도우(window) 폭을 구함과 아울러, 퓨리에(Fourier) 변환을 이용하여, 상기 상간전압 Utr의 기본파 실수부 U1r과 허수부 U_1i, 및 상기 합성 누설전류 Io의 기본파 실수부 Io_1r와 허수부 Io_1i를 구하는 제1 연산 처리와, 아래의 식 (1)에 기초하여, 상기 절연저항의 누설전류 Ior를 구하는 제2 연산 처리를 행하는 처리 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 청구항 3과 관련되는 발명은, 상기 청구항 2에 기재의 누설전류 측정 장치에 있어서, 상기 처리 수단은, 상기 측정한 누설전류 Ior과 미리 규정된 절연 상태 판별 규격치를 비교하여, 상기 피측정 배전선에 대한 절연 상태를 판별하는 판별 처리를 행하는 것을 특징으로 한다.

청구항 1과 관계되는 누설전류 측정 방법 및 청구항 2와 관련되는 누설전류 측정 장치에 의하면, 전원 주파수 대역(기본파 주파수 대역)에 가까운 노이즈인 LED용 조명에 의한 고조파나, 산업용 모터의 가변속 장치로부터 발생하는 인버터 노이즈 등이 항상 합성 누설전류 Io에 중첩된 상태라도, 피측정 배전선의 R상과 T상 사이의 상간전압 Utr로부터 퓨리에 변환의 해석 윈도우(window) 폭을 구하여 상간전압 Utr과 합성 누설전류 Io를 퓨리에 변환하고, 상간전압 Utr의 기본파 실수부 U_1r과 허수부 U_1i, 합성 누설전류 Io의 기본파 실수부 Io_1r와 허수부 Io_1i로부터 연산에 의해 절연저항의 누설전류 Ior를 구하기 때문에, 항상 노이즈 등이 중첩되어 있는 영상전류와 상간전압과의 위상각도를 위상 비교기로 정확하게 측정할 필요가 없고, 전원 주파수 대역(기본파 주파수 대역)에 가까운 노이즈에 영향을 받지 않기 때문에, 대지 절연저항을 통해서 흐르는 누설전류를 통전 상태인 채로 안전하고 정확하게 검출할 수가 있다.

또, 청구항 3과 관련되는 누설전류 측정 장치는, 누설전류 측정을 행한 피측정 배전선에 대한 절연 상태를 판별하는 기능을 구비하고 있으므로 장치 사용자의 편리성을 한층 더 높일 수가 있다.

도 1은 본 발명과 관련되는 누설전류 측정 방법을 적용한 누설전류 측정 장치를 피측정 배전선에 접속한 상태의 개략 구성도이다.
도 2는 절연저항의 누설전류(합성 유효 누설전류) Ior에 대한 측정 원리를 설명하기 위한 벡터 도(Iorr만이 존재하고 있는 경우)이다.
도 3은 절연저항의 누설전류(합성 유효 누설전류) Ior에 대한 측정 원리를 설명하기 위한 벡터 도(Iort만이 존재하고 있는 경우)이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 첨부 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 도 1은 누설전류 측정 장치(1)를 교류 전원(2)의 배전선에 접속한 개략 구성을 나타낸다.

누설전류 측정 장치(1)는 적어도 전압검출 수단(11), 전류검출 수단(12), 처리 수단(13), 기억 수단(14) 및 표시 수단(15)을 구비하고, 예를 들면 변압기의 저압측 3상 코일(21)이 삼각형으로 결선되고, S단자가 접지된 교류 전원(2)의 3상 단자 R, S, T에 접속되는 3개의 배전선 Lr, Ls, Lt를 피측정 배전선으로 하고, 이 피측정 배전선에 대한 절연저항의 누설전류(이하, 「합성 유효 누설전류」라고도 함) Ior를 측정하는 것이다.

여기서의 교류 전원(2)은 일례로서 상용 주파수의 3상 교류 전압(상간전압 Urs, Ust, Utr)을 발생시킴과 아울러, 발생시킨 상간전압 Urs, Ust, Utr를 3상 단자 R, S, T로부터 출력한다. 그리고 나서 교류 전원(2)은 배전선 Lr, Ls, Lt가 접속된 3상 단자 R, S, T 사이에 상간전압 Urs, Ust, Utr를 출력하고, 배전선 Lr, Ls, Lt 사이에 접속된 부하(3)에 대해서 상전류(相電流) Ir, Is, It를 공급할 수 있다. 또, 교류 전원(2)의 배전선 Lr, Lt와 접지 사이에는, 도 1 중에 나타내듯이, 대지 정전용량 Cr, Ct 및 대지 누설저항 Rr, Rt가 존재하고 있다.

상기 전압검출 수단(11)은 한 쌍의 전압검출 프로브(probe)(16a, 16b)를 통해 배전선 Lr, Lt에 접속되고, 한 쌍의 전압검출 프로브(16a, 16b)를 통해 상간전압 Utr를 검출하여 처리 수단(13)으로 출력한다.

전류검출 수단(12)은 배전선 Lr, Ls, Lt에 미리 결정된 방향으로 장착된 전류 트랜스포머형(transformer type)의 전류검출 프로브(4)를 통해 배전선 Lr, Ls, Lt에 흐르는 상전류 Ir, Is, It, 대지 정전용량 Cr, Ct를 경유하여 접지로 흐르는 누설전류(이하, 「무효 누설전류」라고도 함) Iocr, Ioct, 대지 누설저항 Rr, Rt를 경유하여 접지로 흐르는 누설전류(이하, 「유효 누설전류」라고도 함) Iorr, Iort의 합성 누설전류 Io를 검출함과 아울러, 전압 신호 Ui로 변환하여 처리 수단(13)으로 출력한다. 또한, 부하(3)에 흐르는 상전류 Ir, Is, It는, 도 1 중에 점선으로 나타내듯이, 배전선 Lr, Ls, Lt의 각각에 있어서 역방향으로 흐르게(전류검출 프로브(4) 내를 각각 역방향으로 흐르게) 되기 때문에, 전류검출 프로브(4)에서의 전류 검출에 즈음해서는, 각 배전선 Lr, Ls, Lt를 흐르는 상전류 Ir, Is, It가 각각 상쇄되고, 상기 2개의 무효 누설전류 Iocr, Ioct와 2개의 유효 누설전류 Iorr, Iort가 합성된 합성 누설전류 Io만이 전류검출 프로브(4)에서 검출되는 것이다.

처리 수단(13)은, 예를 들면 1개의 비교기와 2개의 anti-aliasing 필터 및 A/D 변환기, 연산용으로 FPGA 및 CPU 등으로 구성할 수가 있다. 즉, 처리 수단(13)은 전압검출 수단(11)으로부터 공급되는 상간전압 Utr가 만일 50㎐의 주파수이면 10주기분, 60㎐이면 12주기분의 해석 윈도우 폭을 비교기에 의해 구함과 동시에, 일방의 A/D 변환기로 상간전압 파형 데이터 Du로 변환하고, 전류검출 수단(12)으로부터 공급되는 전압 신호 Ui를 타방의 A/D 변환기로 전류 파형 데이터 Di로 변환하는 A/D(Analog/Digital) 변환 처리를 행한다.

또, 처리 수단(13)은 상간전압 파형 데이터 Du 및 전류 파형 데이터 Di에 기초하여, 각각 퓨리에 변환을 행하고, 상간전압 파형 데이터 Du의 기본파 실수부 U_1r과 허수부 U_1i, 전류 파형 데이터 Di의 기본파 실수부 Io_1r와 허수부 Io_1i를 구하는 제1 연산 처리를 실행한다. 또한, 처리 수단(13)은 아래의 식 (1)에 기초하여, 배전선 Lr, Lt에 대한 절연저항의 합성 유효 누설전류 Ior(유효 누설전류 Iorr, Iort의 합성 전류)를 산출(측정)하는 제2 연산 처리를 실행한다.

다음에, 도 2 및 도 3을 참조하여 위의 식 (1)의 산출 근거에 대해 설명한다.

먼저, 저압측 3상 코일(21)이 삼각형으로 결선되고, S단자가 접지된 교류 전원(2)으로부터 배전선을 통해 교류 전압을 공급하는 배전 구성에 있어서 절연 불량이 발생했을 때, 3상 단자 R, T에 접속된 배전선 가운데, 일방의 배전선의 절연 상태가 두드러지게 열화하고, 또 다른 일방의 배전선은 건전한 경우가 대부분인 것이 경험적으로 알려져 있다. 따라서, 도 1에 나타내는 피측정 배전선의 구성(저압측 3상 코일(21)이 삼각형으로 결선되고, S단자가 접지된 교류 전원(2)의 3상 단자 R, S, T에 접속되는 3개의 배전선 Lr, Ls, Lt로 부하(3)에 배전하는 구성)에 있어서도, 절연 불량이 발생한 경우에는, 배전선 Lr, Lt의 어느 일방의 절연 상태가 두드러지게 열화하고, 타방의 배전선은 건전하다고 생각된다.

따라서, 2개의 배전선 Lr, Lt에 있어서 절연 불량이 발생한 경우(절연 상태가 열화한 경우)에 발생하는 유효 누설전류는 유효 누설전류 Iorr, Iort 가운데 어느 일방에 기인하는 것이라고 생각할 수가 있다.

한편, 배전선 Lr, Lt의 각 대지 정전용량 Cr, Ct는 절연 불량의 발생의 유무에 관련되지 않고 밸런스가 잡힌 상태로 존재하고 있다고 생각된다. 즉, 각 무효 누설전류 Iocr, Ioct는 같은 전류치라고 생각된다.

우선, 배전선 Lr의 절연 불량에 기인하여 유효 누설전류 Iorr만이 생기고 있는 경우에 대해 도 2를 참조하여 설명한다. 또한, 위의 식 (1)의 산출 근거의 이해를 용이하게 하기 위해 각 상간전압 Urs, Ust 및 상간전압 Utr를 도 2 중에 파선으로 나타낸다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 각 벡터의 각도는 상간전압 Utr를 기준(0°)으로 하고, 지면에 대해서 반시계 방향으로 회전했을 때의 각도로 표기하는 것으로 한다.

배전선 Lr에 대한 무효 누설전류 Iocr는 유효 누설전류 Iorr(상간전압 Urs와 동위상(60°))에 대해서 위상이 90° 앞서고 있고, 또 배전선 Lt에 대한 무효 누설전류 Ioct는 유효 누설전류 Iort(상간전압 Ust와 동위상(120°))에 대해서 위상이 90° 앞서고 있다. 또, 상술한 것처럼 양쪽 무효 누설전류 Iocr, Ioct의 전류치는 같다. 이 때문에 양쪽 무효 누설전류 Iocr, Ioct의 합성 무효 누설전류 Ioc는 상간전압 Utr과 역위상(180°)으로 되어 있다.

여기서, 각 누설전류 Iocr, Iorr, Ioct, Iort의 합성 누설전류 Io는 유효 누설전류 Iort가 영(zero)이며, 각 무효 누설전류 Iocr, Ioct의 합성 무효 누설전류가 Ioc이기 때문에, 벡터 합으로 Io=Ioc＋Iorr로 나타내어진다. 유효 누설전류 Iorr는 상술한 것처럼 상간전압 Urs와 같은 각도(60°) 상에 존재하기 때문에, 합성 누설전류 Io는, 도 2(a), 도 2(b)에 나타내듯이, 상간전압 Utr를 기준으로 한 60°로부터 180°까지의 120°의 범위 내에 존재하게 된다.

여기서, 합성 누설전류 Io의 선단으로부터 상간전압 Utr(도 2(b)에 있어서는, 역위상의 합성 무효 누설전류 Ioc) 상에 내린 수선 a의 길이를 상간전압 파형 데이터 Du의 기본파 실수부 U_1r과 허수부 U_1i, 전류 파형 데이터 Di의 기본파 실수부 Io_1r와 허수부 Io_1i를 일반적인 교류 회로의 전력을 복소수로부터 구하는 식에 적용시켜 나타내면, 합성 누설전류 Io와 상간전압 Utr과의 무효 전력으로부터 상간전압 Utr의 실효치를 제산한 값으로 되기 때문에, 아래의 식 (2)로 나타낼 수가 있다.

또, 유효 누설전류 Iorr의 선단으로부터 상간전압 Utr 상에 내린 수선 b의 길이는 수선 a와 같은 길이이다. 이에 더하여 유효 누설전류 Iorr와 상간전압 Utr과의 이루는 각도는 60°이다. 따라서, 유효 누설전류 Iorr의 길이(전류치)는 아래의 식 (3)으로 나타내어진다.

그리고, 배전선 Lt에 대한 유효 누설전류 Iort가 영(zero)이기 때문에, 유효 누설전류 Iorr가 배전선 Lr, Lt에 대한 절연저항의 합성 유효 누설전류 Ior로 된다. 따라서, 위의 식 (1)이 성립하는 것이다.

다음에, 배전선 Lt의 절연 불량에 기인하여 유효 누설전류 Iort만이 생기고 있는 경우에 대해 도 3을 참조하여 설명한다. 또한, 본 도면에 있어서, 각 상간전압 Urs, Ust 및 상간전압 Utr를 파선으로 나타내고, 각 벡터의 각도는 상간전압 Utr를 기준(0°)으로 하고, 반시계 방향으로 회전했을 때의 각도로 표기하는 것으로 한다.

각 무효 누설전류 Iocr, Ioct의 합성 무효 누설전류 Ioc는 도 2와 같은 상태(상간전압 Utr과 역위상 상태)로 존재하고 있다. 이 때문에 이 합성 무효 누설전류 Ioc와 유효 누설전류 Iort(상간전압 Ust와 동위상(120°))를 합성하여 이루어지는 합성 누설전류 Io는, 도 3에 나타내듯이, 상간전압 Utr를 기준으로 한 120°로부터 180°까지의 60°의 범위 내에 존재하게 된다.

여기서, 합성 누설전류 Io의 선단으로부터 상간전압 Utr과 역위상의 합성 무효 누설전류 Ioc 상에 내린 수선 a의 길이를 상간전압 파형 데이터 Du의 기본파 실수부 U_1r과 허수부 U_1i, 전류 파형 데이터 Di의 기본파 실수부 Io_1r와 허수부 Io_1i를 일반적인 교류 회로의 전력을 복소수로부터 구하는 식에 적용시켜 나타내면, 합성 누설전류 Io와 상간전압 Utr과의 무효 전력으로부터 상간전압 Utr의 실효치를 계산한 값으로 되기 때문에, 위의 식 (2)로 아래와 같이 나타낼 수가 있다.

또, 유효 누설전류 Iort의 선단으로부터 상간전압 Utr과 역위상의 합성 무효 누설전류 Ioc 상에 내린 수선 c의 길이는 수선 a와 같은 길이이다. 이에 더하여 유효 누설전류 Iort와 상간전압 Utr과의 이루는 각도는 120°이다. 따라서, 유효 누설전류 Iort의 길이(전류치)는 아래의 식 (4)로 나타내어진다.

그리고, 유효 누설전류 Iorr가 영(zero)이기 때문에, 유효 누설전류 Iort가, 배전선 Lr, Lt에 대한 절연저항의 합성 유효 누설전류 Ior로 된다. 따라서, 위의 식 (1)이 성립하는 것이다.

그리고, 처리 수단(13)은 위의 식 (1)의 연산을 행함으로써, 유효 누설전류 Iorr 및 유효 누설전류 Iort를 합성 유효 누설전류 Ior로서 구하는 것이다.

기억 수단(14)은 ROM이나 RAM 등의 반도체 메모리로 구성할 수가 있고, 상술한 처리 수단(13)을 위한 동작 프로그램, 합성 유효 누설전류 Ior 산출용의 식 (1), 합성 유효 누설전류 Ior에 대한 절연 상태 판별 규격치 Iref(예를 들면, 1㎃) 등을 미리 기억하게 한다. 또, 기억 수단(14)은 처리 수단(13)에 의해 일시적인 기억 영역으로서 사용되는 것으로 처리 수단(13)이 연산한 상간전압 파형 데이터 Du, 상간전압 Utr의 기본파 실수부 U_1r과 허수부 U_1i, 전류 파형 데이터 Di, 합성 누설전류 Io의 기본파 실수부 Io_1r와 허수부 Io_1i 등을 기억해 두고 필요에 따라 읽어내는 것이다.

표시 수단(15)은 디스플레이 장치(예를 들면 LCD) 등의 표시 장치로 구성해도 좋고, 아날로그 미터나 세그먼트(segment)식 디지털 표시기 등으로 구성해도 좋다. 이 표시 수단(15)에 의해 처리 수단(13)에 의해 얻어진 누설전류의 측정치나 절연 상태의 판별 결과를 가시적으로 표시한다. 또한, 음성 합성에 의해 측정치나 판별 결과를 음성 출력하는 기능을 별도 마련하도록 해도 좋고, 표시 수단(15)에 대신하여 경보 장치를 설치하고 소리나 발광 등을 이용하여 절연 이상의 경보를 발하도록 해도 좋다.

이어서, 상술한 구성의 누설전류 측정 장치(1)의 동작을 설명한다. 또한, 누설전류 측정 장치(1)에 의한 계측을 행하기 때문에, 미리 한 쌍의 전압검출 프로브(16a, 16b)가 배전선 Lr, Lt에 접속되고, 또한 전류검출 프로브(4)가 배전선 Lr, Ls, Lt에 미리 결정된 방향으로 장착되어 있는 것으로 한다.

누설전류 측정 장치(1)의 작동 상태에 있어서, 전압검출 수단(11)은 한 쌍의 전압검출 프로브(16a, 16b)를 통해 상간전압 Utr를 검출하여 처리 수단(13)으로 출력한다. 또, 전류검출 수단(12)은 전류 트랜스포머형(transformer type)의 전류검출 프로브(4)를 통해 배전선 Lr, Lt에 흐르는 합성 누설전류 Io를 검출함과 아울러, 전압 신호 Ui로 변환하여 처리 수단(13)으로 출력한다.

처리 수단(13)은 우선, 상간전압 Utr 및 전압 신호 Ui의 입력을 받으면서, 상간전압 Utr가 만일 상용 주파수 50㎐의 주파수이면 10주기분, 상용 주파수 60㎐이면 12주기분의 해석 윈도우 폭을 비교기에 의해 구함과 동시에, A/D(Analog/Digital) 변환 처리를 실행하여 상간전압 Utr를 상간전압 파형 데이터 Du로 변환하고, 기억 수단(14)에 기억시킴과 아울러, 전압 신호 Ui를 전류 파형 데이터 Di로 변환하고, 기억 수단(14)에 기억시킨다.

그 다음에, 처리 수단(13)은 제1 연산 처리를 실행하여 상간전압 파형 데이터 Du 및 전류 파형 데이터 Di에 기초하여, 각각 퓨리에 변환을 행하고, 상간전압 파형 데이터 Du의 기본파 실수부 U_1r과 허수부 U_1i, 전류 파형 데이터 Di의 기본파 실수부 Io_1r와 허수부 Io_1i를 산출하여 기억 수단(14)에 기억시킨다.

마지막으로, 처리 수단(13)은 제2 연산 처리를 실행하여 식 (1)에 기초한 누설전류를 산출한다. 이 제2 연산 처리에서는, 먼저, 처리 수단(13)은 상간전압 파형 데이터 Du의 기본파 실수부 U_1r과 허수부 U_1i, 전류 파형 데이터 Di의 기본파 실수부 Io_1r와 허수부 Io_1i 및 식 (1)을 기억 수단(14)으로부터 읽어냄과 아울러, 상간전압 파형 데이터 Du의 기본파 실수부 U_1r과 허수부 U_1i, 전류 파형 데이터 Di의 기본파 실수부 Io_1r와 허수부 Io_1i를 식 (1)에 대입하여 배전선 Lr, Lt에 대한 합성 유효 누설전류 Ior를 산출(측정)한다.

또한, 본 실시 형태에 나타내는 처리 수단(13)은 구한 누설전류의 값으로부터 절연 상태를 판별하는 판별 처리를 행하는 것으로 하였다. 이 판별 처리에 즈음하여, 처리 수단(13)은 기억 수단(14)으로부터 합성 유효 누설전류 Ior에 대한 절연 상태 판별 규격치 Iref를 읽어냄과 아울러, 산출한 합성 유효 누설전류 Ior를 이 절연 상태 판별 규격치 Iref와 비교하고, 합성 유효 누설전류 Ior가 규격치 Iref 이상일 때에는, 산출한 합성 유효 누설전류 Ior와 함께, 절연 상태 판별 규격치 Iref 이상의 합성 유효 누설전류 Ior가 발생하고 있다는 취지(절연 상태가 불량인 취지)의 판별 결과를 표시 수단(15)에 표시시킨다. 한편, 합성 유효 누설전류 Ior가 절연 상태 판별 규격치 Iref 미만일 때에는, 산출한 합성 유효 누설전류 Ior와 함께, 합성 유효 누설전류가 규격치 미만인 취지(절연 상태가 양호한 취지)의 판별 결과를 표시 수단(15)에 표시시킨다.

이와 같이 본 실시 형태와 관련되는 누설전류 측정 장치(1)에 의하면, 상간전압 파형 데이터 Du의 기본파 실수부 U_1r과 허수부 U_1i, 전류 파형 데이터 Di의 기본파 실수부 Io_1r와 허수부 Io_1i 및 식 (1)에 기초하여, 삼각형으로 결선된 교류 전원(2)의 3상 단자 R, T에 접속되는 2개의 배전선 Lr, Lt에 대한 절연저항의 누설전류(합성 유효 누설전류) Ior를 정밀도 좋게 측정할 수가 있다.

또, 본 실시 형태의 누설전류 측정 장치(1)에 의하면, 측정한 합성 유효 누설전류 Ior과 미리 규정된 절연 상태 판별 규격치 Iref를 처리 수단(13)에 의해 비교하고, 그 비교 결과인 절연 상태의 판정 결과를 표시 수단(15)에 표시시킴으로써 누설전류 측정 장치(1)의 사용자에 배전선 Lr, Lt의 절연 상태의 좋고 나쁨을 확실하고 용이하게 알릴 수가 있다.

또한, 배전선 Lr, Ls, Lt에 차단기가 별도 설치되어 있고, 외부로부터의 제어 신호에 의해 차단기의 차단 동작이 실행시켜지는 경우, 차단기의 제어 신호 라인과 누설전류 측정 장치(1)를 접속하여 절연저항의 검사를 행하고, 처리 수단(13)에 의해 절연 상태의 판정 결과가 나오면, 제어 신호 라인을 통해 차단기에 동작 지령을 출력함으로써, 신속하게 차단기를 동작시키는 차단기 제어 기능을 처리 수단(13)에 가지게 해 두면 누전에 기인하는 사고를 확실하게 방지할 수가 있다.

또한, 본 실시 형태의 누설전류 측정 장치(1)에서는 처리 수단(13)이 측정한 합성 유효 누설전류 Ior를 절연 상태 판별 규격치 Iref와 비교하고, 절연 상태까지 판별해 방치하는 구성으로 하였지만, 이 기능은 부가적인 것이다. 따라서, 측정한 합성 유효 누설전류 Ior를 표시 수단(15)에 표시할 뿐의 누설전류 측정 장치로 해도 상관없다. 이와 같이 절연 상태의 판별 기능을 가지지 않는 누설전류 측정 장치라도 측정된 합성 유효 누설전류 Ior가 표시 수단(15)에 표시되므로, 2개의 배전선에 대한 합성 유효 누설전류 Ior를 누설전류 측정 장치의 사용자에 알릴 수가 있어, 사용자 스스로가 절연 상태 판별 규격치 Iref와 비교하면, 2개의 배전선에 대한 절연 상태를 판별할 수 있는 것이다.

이상, 본 발명과 관련되는 누설전류 측정 방법을 적용한 누설전류 측정 장치의 실시 형태를 첨부 도면에 기초하여 설명했지만, 본 발명은 이 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 특허 청구의 범위에 기재의 구성을 변경하지 않는 범위에서 공지 기존의 등가인 기술 수단을 전용함으로써 실시해도 상관없다.

1 누설전류 측정 장치 11 전압검출 수단
12 전류검출 수단 13 처리 수단
14 기억 수단 15 표시 수단

Claims

변압기의 저압측 3상 코일이 삼각형으로 결선되고, S상, T상, R상 중 S상이 접지된 3상 3선식 배전선을 측정 대상의 피측정 배전선으로 하고, 이 피측정 배전선에 있어서의 절연저항의 누설전류 Ior를 측정하는 누설전류 측정 방법으로서,
상기 피측정 배전선의 R상과 T상 사이의 상간전압 Utr를 검출하는 전압검출 공정과,
상기 피측정 배전선에 흐르는 합성 누설전류 Io를 검출하는 전류검출 공정과,
상기 상간전압 Utr로부터 해석 윈도우(window) 폭을 구함과 아울러, 퓨리에(Fourier) 변환을 이용하여, 상기 상간전압 Utr의 기본파 실수부 U_1r과 허수부 U_1i, 및 상기 합성 누설전류 Io의 기본파 실수부 Io_1r와 허수부 Io_1i를 구하는 제1 연산 공정과,
아래의 식(1)에 기초하여, 상기 절연저항의 누설전류 Ior를 구하는 제2 연산 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 누설전류 측정 방법.
변압기의 저압측 3상 코일이 삼각형으로 결선되고, S상, T상, R상 중 S상이 접지된 3상 3선식 배전선을 측정 대상의 피측정 배전선으로 하고, 이 피측정 배전선에 있어서의 절연저항의 누설전류 Ior를 측정하는 누설전류 측정 장치로서,
상기 피측정 배전선의 R상과 T상 사이의 상간전압 Utr를 검출하는 전압검출 수단과,
상기 피측정 배전선에 흐르는 합성 누설전류 Io를 검출하는 전류검출 수단과,
상기 상간전압 Utr로부터 해석 윈도우 폭을 구함과 아울러, 퓨리에 변환을 이용하여, 상기 상간전압 Utr의 기본파 실수부 U_1r과 허수부 U_1i, 및 상기 합성 누설전류 Io의 기본파 실수부 Io_1r와 허수부 Io_1i를 구하는 제1 연산 처리와, 아래의 식 (1)에 기초하여, 상기 절연저항의 누설전류 Ior를 구하는 제2 연산 처리를 행하는 처리 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 누설전류 측정 장치.
제2항에 있어서,
상기 처리 수단은, 상기 측정한 누설전류 Ior과 미리 규정된 절연 상태 판별 규격치를 비교하여, 상기 피측정 배전선에 대한 절연 상태를 판별하는 판별 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 누설전류 측정 장치.