KR101928785B1 - 지중 저압 선로의 누전 측정 장치 및 방법 - Google Patents

지중 저압 선로의 누전 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 누전 측정 장치는 변압기로부터 전력을 공급받는 지중 저압 선로의 누전 측정 장치로서, 상별 전압 및 대지전압을 측정하는 상별 전압 측정부; 상별 전류 및 상기 저압 선로의 중선선과 다중 접지선 간의 편조선 전류를 측정하는 상별 전류 측정부; 상기 편조선 전류와 전류 기준값을 비교하는 편조선 전류 비교부; 상기 편조선 전류와 상기 상별 전압의 위상을 비교하는 위상 비교부; 및 상기 편조선 전류 비교부 및 상기 위상 비교부의 비교 결과에 따라 누설 전류 여부를 판단하는 누전 판단부를 포함한다.

Description

지중 저압 선로의 누전 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING ELECTRIC LEAKAGE OF LOW-VOLTAGE UNDERGROUND POWER LINE}
본 발명은 다중접지계통에서 지중 저압 선로의 누전 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
전력은 부하에 공급되기 위해 변압기에 의해 저압으로 변전될 수 있고, 도시미관 및 안전을 위해 지중으로 매설된 배전선로인 지중 저압 선로를 통해 공급될 수 있다.
지중 저압 선로는 전력선 및 전력설비의 절연의 파괴, 인접지역의 다른 전력설비의 누전 등 다양한 요인에 의해 누전이 발생할 수 있다.
이러한 누전에 의한 누설전류는 지중 저압 선로의 고장점에서 누출되어 기기의 접지, 대지, 계통의 접지를 통해 다시 변압기로 귀환될 수 있다. 누설전류를 그대로 방치할 경우 공급전력의 손실이 될 뿐 아니라, 감전 및 화재 등 여러 가지 재해요인이 될 수 있다.
이에 따라, 수만 개소에 달하는 지중 저압 선로의 누전을 반복적으로 점검하고 있으나, 누설전류의 측정시간 및 부하상태에 따라 측정값에 차이가 발생할 수 있고, 변압기의 내부 접지방식에 따른 1차권선에 의한 순환전류, 선로의 불평형 부하에 의한 순환전류, 및 인근 저압 선로와 접지선의 공용사용에 의한 순환전류는 누전 판단에 있어 착오의 원인이 된다.
대한민국 등록특허공보 제10-0876651호
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 지중 저압 선로의 누전 측정에 있어 정확도 높은 누전 판단을 가능하게 하는 누전 측정 장치 및 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 누전 측정 장치는 변압기로부터 전력을 공급받는 지중 저압 선로의 누전 측정 장치로서, 상별 전압과 대지전압을 측정하는 상별 전압 측정부; 상별 전류 및 상기 저압 선로의 중선선과 다중 접지선 간의 편조선 전류를 측정하는 상별 전류 측정부; 상기 편조선 전류와 전류 기준값을 비교하는 편조선 전류 비교부; 상기 대지전압과 상기 상별 전압의 위상을 비교하는 위상 비교부; 및 상기 편조선 전류 비교부 및 상기 위상 비교부의 비교 결과에 따라 누설 전류 여부를 판단하는 누전 판단부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 누전 측정 방법은 변압기로부터 전력을 공급받는 지중 저압 선로의 누전 측정 방법로서, 상별 전압 및 대지전압을 측정하는 단계; 상별 전류 및 상기 저압 선로의 중선선과 다중 접지선 간의 편조선 전류를 측정하는 단계; 상기 편조선 전류와 전류 기준값을 비교하는 단계; 상기 대지전압과 상기 상별 전압의 위상을 비교하는 단계; 및 상기 편조선 전류가 전류 기준값 이상이고, 상기 대지전압의 위상이 상기 상별 전압의 위상의 위상 기준 범위 내인 경우 누설 전류로 판단하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 누전 측정 장치 및 방법은 대지전압과 상별 전압의 위상을 비교하여 누전 판단의 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 변압기의 내부 순환전류 또는 불평형 부하에 의한 순환 전류를 연산하여 편조선 전류를 보정하므로 정확한 누설 전류를 측정할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 누전 측정 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 누전 측정 장치에 의해 측정되는 누전전류를 설명하기 위한 계통도이다.
도 3은 제1 순환전류를 설명하기 위한 계통도이다.
도 4는 제2 순환전류를 설명하기 위한 계통도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 누전 측정 방법의 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다.
또한, 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 "~기", 및 "~부" 와 같은 용어들은 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어, 또는 실행중인 소프트웨어인 컴퓨터 관련 엔티티를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 하나의 구성요소는 프로세서 상에서 실행중인 프로세스, 객체, 실행 가능물(executable), 실행 스레드, 프로그램일 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 컨트롤러 상에서 구동중인 애플리케이션 및 컨트롤러 모두가 구성요소일 수 있다. 또한, 구성요소는 하나의 컴퓨터 상에서 로컬화될 수 있고, 둘 이상의 컴퓨터 사이에서 분산될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 누전 측정 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 누전 측정 장치(10)는 측정부(100)와 판단부(200)로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 누전 측정 장치(10)는 변압기에서 지중 저압 선로를 통해 부하에 전력을 공급하는 계통에 설치될 수 있다.
측정부(100)는 복수의 전압센서 및 전류센서를 포함할 수 있고, 상기 전압 센서 및 전류센서로 이루어진 상별 전압 측정부(110), 및 상별 전류 측정부(120)를 포함한다. 상별 전압 측정부(110)는 계통의 상(phase)별 전압과 대지전압을 측정할 수 있고, 상별 전류 측정부(120)는 계통의 상별 전류와 편조선 전류를 측정할 수 있다. 또한, 측정부(100)는 측정된 상별 전압 및 상별 전류를 판단부(200)에 제공할 수 있다. 여기서, 계통의 상(phase)은 A상, B상, 및 C상(R상, S상, 및 T상)을 포함하는 3상에 더하여 중성(N)을 더 포함하는 의미로 사용된다.
이를 위해, 측정부(100)는 A상 전압(Va), B상 전압(Vb), C상 전압(Vc)을 측정하는 4개의 전압 센서를 포함할 수 있고, A상 전류(Ia), B상 전류(Ib), C상 전류(Ic), N상 전류(In), 편조선 전류(Ig)를 측정하는 5개의 전류 센서를 포함할 수 있다.
더하여, 측정부(100)는 지중 저압 선로를 따라 전압 크기의 변동량을 측정하는 누전전압 탐사기(130)를 더 포함할 수 있다. 누전 전압 탐사기(130)는 지중 선로가 매설된 경로를 따라 대지전압(전위)을 측정할 수 있는 장치이다. 이를 위해, 누전 전압 탐사기(130)는 이동 가능하도록 구현될 수 있고, 대지 전위를 나타내는 전압을 측정하기 위해 절연 탐사봉 및 전압 센서를 포함할 수 있다. 또한, 측정된 전압의 크기 또는 상기 크기의 변동량을 상기 판단부(200)로 전송할 수 있다.
판단부(200)는 편조선 전류 비교부(210), 위상 비교부(220), 및 누전 판단부(250)를 포함한다.
편조선 전류 비교부(210)는 측정부(100)로부터 제공받은 편조선 전류와 전류 기준값을 비교할 수 있고, 비교 결과를 누전 판단부(250)에 제공할 수 있다. 상기 전류 기준값은 상기 누설 전류 기준값의 배수로 설정될 수 있고, 상기 누설전류 기준값은 지중 설비의 정격허용 전류의 1/2000A로 설정될 수 있다. 예를 들어, 누설전류 기준값은 정격허용 전류 400A를 기준으로 200mA로 설정될 수 있고, 전류 기준값은 누설전류 기준값의 10배인 2A로 설정될 수 있다.
위상 비교부(220)는 상별 전압과 대지전압의 위상을 비교할 수 있다. 또한, 예를 들어, 위상 비교부(220)는 위상 기준 범위를 가지고 대지전압의 위상이 상별 전압의 위상 기준 범위 내에 포함되는지 판단하여 비교 결과를 누전 판단부(250)에 제공할 수 있다.
누전 판단부(250)는 편조선 전류 비교부(210) 및 위상 비교부(220)의 비교 결과에 따라 누설 전류 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 누전 판단부(250)는 편조선 전류가 전류 기준값 이상이고, 대지전압의 위상이 상별 전압의 위상 기준 범위 내인 경우 누설 전류가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 판단부(200)는 변압기에 의한 제1 순환전류를 연산하고 연산된 제1 순환전류로 편조선 전류를 보정하는 제1 순환전류 보정부(230)를 더 포함할 수 있다. 제1 순환전류 보정부(230)에 대하여 도 3을 참조하여 보다 자세히 설명하기로 한다.
또한, 판단부(200)는 불평형 부하에 의한 제2 순환전류를 연산하고 연산된 제2 순환전류로 편조선 전류를 보정하는 제2 순환전류 보정부(240)를 더 포함 할 수 있다. 제2 순환전류 보정부(240)에 대하여 도 4를 참조하여 보다 자세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 누전 측정 장치에 의해 측정되는 누설전류(21)를 설명하기 위한 계통도이다.
도 3을 참조하면, 변압기(11)는 지중 저압 선로를 통해 부하(15)와 3상 4선으로 연결될 수 있고, 부하(15)에 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 변압기(11)는 지중 변압기일 수 있고, 변압기(11)의 1차 중성선과 2차 중성선은 편조선(12)을 통해 연결될 수 있다.
A상의 특정 지점에서 누전이 발생하는 경우, 누전이 발생한 누전점(17)에서 접지 및 대지를 통해 흐르는 누설전류(21)는 대부분 편조선(12)으로 귀환될 수 있다. 비록, 다중 접지선이 다중접지(Re)를 포함하더라도 다중접지(Re)는 변압기(11)의 중선선(N)보다 매우 큰 접지저항을 가지기 때문에 누설전류는 편조선(12)으로 귀환할 수 있다. 상기 다중 접지선은 고압측 중성선이 될 수 있고, 각종 설비의 접지를 위해 사용될 수 있다. 또한, 상기 편조선(12)는 변압기의 외함과 다중 접지선을 연결하는 선이 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 누전 측정 장치는 편조선 전류(IG)와 각 상(A, B, C)의 전압을 측정할 수 있다. 또한, 상기 누전 측정 장치는 상기 편조선 전류(IG)가 전류 기준값 이상인 경우 상기 대지전압과 상별 전압의 위상을 비교하여 누전 여부를 판단할 수 있다.
또한, 상기 누전 측정 장치는 누전전압 탐사기(130)를 이용하여 지중 저압 선로를 따라 대지전압 크기의 변동량을 측정할 수 있으므로, 전압 크기의 변동량이 큰 지점을 누전 위치로 판단할 수 있다.
도 3은 제1 순환전류를 설명하기 위한 계통도이다.
도 3의 계통은 도 2에서 살펴본 계통과 유사하나, 도 3의 변압기(11)는 변압기의 1차측과 2차측 중성선이 연결되는 연결부(30)를 포함한다. 도 3에 도시한 변압기(11)는 변압기의 1차 및 2차 측이 연결되지 않은 A-TYPE 변압기와 구별되도록 B-TYPE 변압기로 지칭할 수 있다.
상간 차이를 가지는 부하(불평형 부하)에 의해 중성선에는 불평형 전류가 발생될 수 있고, 상기 B-TYPE 변압기의 1차측에는 불평형 전류가 발생할 수 있다. 이러한 1차측 불평형 전류는 상기 연결부(30)와 편조선(12)을 통해 다중 접지선으로 순환하는 제1 순환전류(31)의 원인이 된다.
제1 순환전류(31)가 포함된 편조선 전류(IG)의 크기는 누전을 판단하는데 있어 착오를 유발할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 누전 측정 장치는 상기 제1 순환전류(31)를 연산하고 연산된 제1 순환전류(31)로 편조선 전류(IG)를 보정하는 제1 순환전류 보정부(230, 도 1)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 순환전류(31)는 각 상의 전류(IA, IB , IC) 를 측정한 후, 상별 전류(IA, IB , IC)의 합을 권수비로 나누어 연산될 수 있다. 여기서 상기 권수비는 변압기의 1차측 전압을 2차측 전압으로 나눈 값을 의미한다.
예를 들어, 제1 순환전류 보정부는 편조선 전류(IG)에서 연산된 제1 순환전류를 차감하는 방식으로 편조선 전류(IG)를 보정할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 누전 측정 장치는 제1 순환전류를 연산하고 연산된 제1 순환전류를 이용하여 편조선 전류를 보정하므로, 편조선 전류에 기초한 정확한 누전 판단을 가능하도록 한다.
도 4는 제2 순환전류를 설명하기 위한 계통도이다.
도 4의 계통은 도 2에서 살펴본 계통과 유사하나, 저압측(저압 선로) 중성선과 다중 접지선을 연결하는 루프 연결점(18)을 더 포함한다.
계통의 부하(15)는 일반적으로 단상부하와 3상부하를 모두 포함하고, 이 경우 필연적으로 중성선에 불평형 전류가 발생된다. 이러한 저압측 중성선 또는 고압측 중성선의 불평형 전류는 루프 연결점(18)을 통한 제2 순환전류(41)를 유발한다.
도 4를 참조하면, 저압측 중성선에서 분기하는 제2 순환전류(41)는 루프 연결점(18)을 통해 다중 접지선으로 흐르고, 편조선을 통해 다시 저압측 중선선으로 귀환할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 누전 측정 장치는 상기 제2 순환전류(41)를 연산하고 연산된 제1 순환전류(41)로 편조선 전류(IG)를 보정하는 제2 순환전류 보정부(240, 도 1)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제2 순환전류(41)는 중성선의 전압강하의 크기(VN2-VN1)를 측정하고 저압 선로의 중성선의 루프 저항값(Rn)을 나누어 연산될 수 있다. 예를 들어, 상기 중성선의 전압강하의 크기는 누전전압 탐사기(130, 도 1)을 이용하여 측정될 수 있다.
예를 들어, 제2 순환전류 보정부는 편조선 전류(IG)에서 연산된 제2 순환전류를 차감하는 방식으로 편조선 전류(IG)를 보정할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 누전 측정 장치는 제2 순환전류를 연산하고 연산된 제2 순환전류를 이용하여 편조선 전류를 보정하므로, 편조선 전류에 기초한 정확한 누전 판단을 가능하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 누전 측정 방법의 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 누전 측정 방법은 변압기로부터 전력을 공급받는 지중 저압 선로의 누전 측정 방법이다.
상기 누전 측정 방법은 상별 전압 및 대지전압을 측정하고(S110), 상기 저압 선로의 중선선과 다중 접지선 간의 편조선 전류를 측정하는 것으로 시작된다(S120). 이후, 편조선 전류와 전류 기준값을 비교할 수 있고(S200), 편조선 전류와 상별 전압의 위상을 비교할 수 있다(S210).
다음으로, 상기 편조선 전류가 전류 기준값 이상이고, 상기 대지전압의 위상이 상기 상별 전압의 위상 기준 범위 내인 경우 누설 전류로 판단할 수 있다(S500).
마지막으로, 누설 전류가 발생되었다고 판단된 경우 최종적으로 누전 판단이 수행될 수 있다(S700).
한편, 상기 누설 전류 판단 단계(S500) 이전에 1차권선으로부터 2차권선의 중성선으로 흐르는 제1 순환전류를 연산하여 상기 편조선 전류를 보정하는 제1 순환전류 보정 단계(S300)가 수행될 수 있다.
더하여, 상기 저압 선로의 중성선과 상기 다중 접지선 간의 루프 연결점을 통해 흐르는 제2 순환전류를 연산하여 상기 편조선 전류를 보정하는 제2 순환전류 보정 단계(S400)가 수행될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 누전 측정 방법은 또한, 변압기의 내부 순환전류 또는 고압 선로에 의한 순환 전류를 연산하여 편조선 전류를 보정하므로 정확한 누설 전류를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 누전 측정 방법은 상기 지중 저압 선로를 따라 대지전압 크기의 변동량을 측정하는 누전전압 탐사 및 측정 단계를 더 포함할 수 있다(S610). 이후, 상기 대지전압 크기의 변동량이 전압 기준값 이상인 지점이 있는지 판단하고, 상기 지점을 누전 위치로 판단할 수 있다(S620).
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
10: 누전 측정 장치
110: 상별 전압 측정부
120: 상별 전류 측정부
130: 누전 전압 탐사기
210: 편조선 전류 비교부
220: 위상 비교부
230: 제1 순환전류 보정부
240: 제2 순환저류 보정부
250: 누전 판단부

Claims (10)

  1. 변압기로부터 전력을 공급받는 지중 저압 선로의 누전 측정 장치로서,
    상별 전압 및 대지전압을 측정하는 상별 전압 측정부;
    상별 전류 및 상기 저압 선로의 중성선과 다중 접지선 간의 편조선 전류를 측정하는 상별 전류 측정부;
    상기 편조선 전류와 전류 기준값을 비교하는 편조선 전류 비교부;
    상기 대지전압과 상기 상별 전압의 위상을 비교하는 위상 비교부; 및
    상기 편조선 전류 비교부 및 상기 위상 비교부의 비교 결과에 따라 누설 전류 여부를 판단하는 누전 판단부
    를 포함하는 누전 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지중 저압 선로를 따라 상기 대지전압의 크기의 변동량을 측정하는 누전전압 탐사기를 더 포함하고,
    상기 누전 판단부는 상기 대지전압의 크기의 변동량이 전압 기준값 이상인 지점을 누전 위치로 판단하는 누전 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 변압기의 1차권선으로부터 2차권선의 중성선으로 흐르는 제1 순환전류를 연산하여 상기 편조선 전류를 보정하는 제1 순환전류 보정부를 더 포함하는 누전 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 저압 선로의 중성선과 상기 다중 접지선 간의 루프 연결점을 통해 흐르는 제2 순환전류를 연산하여 상기 편조선 전류를 보정하는 제2 순환전류 보정부를 더 포함하는 누전 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 순환전류는 상기 루프 연결점과 변압기 간의 중성선 전압의 차이를 상기 저압 선로의 중성선의 루프 저항으로 나누어 연산되는 누전 측정 장치.
  6. 변압기로부터 전력을 공급받는 지중 저압 선로의 누전 측정 방법로서,
    상별 전압 및 대지전압을 측정하는 단계;
    상별 전류 및 상기 저압 선로의 중성선과 다중 접지선 간의 편조선 전류를 측정하는 단계;
    상기 편조선 전류와 전류 기준값을 비교하는 단계;
    상기 대지전압과 상기 상별 전압의 위상을 비교하는 단계; 및
    상기 편조선 전류가 전류 기준값 이상이고, 상기 대지전압의 위상이 상기 상별 전압의 위상 기준 범위 내인 경우 누설 전류로 판단하는 단계;
    를 포함하는 누전 측정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 지중 저압 선로를 따라 상기 대지전압의 크기의 변동량을 측정하는 누전전압 탐사 및 측정 단계를 포함하고,
    상기 대지전압의 크기의 변동량이 전압 기준값 이상인 지점을 누전 위치로 판단하는 누설 전압 여부 판단 단계를 포함하는 누전 측정 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 변압기의 1차권선으로부터 2차권선의 중성선으로 흐르는 제1 순환전류를 연산하여 상기 편조선 전류를 보정하는 제1 순환전류 보정 단계를 더 포함하는 누전 측정 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 저압 선로의 중성선과 상기 다중 접지선 간의 루프 연결점을 통해 흐르는 제2 순환전류를 연산하여 상기 편조선 전류를 보정하는 제2 순환전류 보정 단계를 더 포함하는 누전 측정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 순환전류는 상기 루프 연결점과 변압기 간의 중성선 전압의 차이를 상기 저압 선로의 중성선의 루프 저항으로 나누어 연산되는 누전 측정 방법.
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