KR101954924B1 - 무정전 절연저항 측정 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 무정전 절연저항 측정 시스템에 있어서, 비접촉 자계 센서를 하나 이상 포함하여 피측정 선로에 흐르는 영상 전류가 비접촉으로 측정되고, 측정된 상기 영상 전류로부터 누설전류의 벡터 정보를 검출하는 영상변류기(ZCT) 측정부; 비접촉 전계 센서를 하나 이상 포함하여 활선 상태인 상기 피측정 선로에서 전계의 전위 변화를 비접촉으로 측정하여 전압의 기준 위상 펄스를 검출하는 전압 기준 위상 검출부; 검출된 상기 전압 기준 위상과 상기 누설전류의 벡터 정보의 제로 크로싱(Zero Crossing) 위상차를 연산하여 유효 누설전류를 측정하는 누설전류 측정부; 및 측정된 상기 누설전류에 상기 피측정 선로의 입력전압 범위 및 안전율을 적용하여 절연저항을 산출하는 절연저항 측정부를 포함하여, 비접촉 전압 기준 위상을 검출에 따른 누설전류 연산으로 무정전 상태에서 절연저항을 산출하는 것을 특징으로 한다.

Description

무정전 절연저항 측정 시스템 및 방법{UNINTERRUPTIBLE INSULATION RESISTANCE MEASUREMENT SYSTEM AND METHOD}
본 발명은 무정전 절연저항 측정 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 비접촉 전압 기준 위상 검출에 따른 유효 누선전류 연산으로 옥내 배선 등의 절연저항 측정이 곤란한 경우 정전시키지 않고도 절연 성능을 판정할 수 있는 무정전 절연저항 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반용 전기설비의 점검항목 중 전로의 상태 감시를 위한 절연저항 측정은 전기화재와 감전사고 예방을 위한 점검 항목 중 하나이다. 절연저항 측정은 전기사업법, 전기설비 기술기준 및 판단기준에서 전로의 절연에 관하여 명시하고 있으며, 일반적으로 주택에서 많이 사용하고 있는 전압 범위인 대지전압 150[V] 초과 300[V] 이하인 경우 주회로 및 분기회로 배선과 대지간의 절연저항은 0.2[㏁] 이상으로 규정하고 있다.
절연저항 측정은 측정 전로에 대하여 개폐기를 개방 후 전로 상호간 또는 전로와 대지간을 측정하기 때문에 분전반 등에서 부하를 정전상태로 측정해야 하며, 절연저항계를 이용하여 직류시험전압을 인가하여 흐르는 누설전류값을 측정한 후 절연저항값을 계산하게 된다. 또한, 대지전압 220V의 절연저항 측정시 시험전압은 통상 500[V]로 인가하여 측정한다.
이와 같이 기존의 절연저항 측정 방법은 정전 상태로 검사해야하기 때문에 점검대상 설비의 내부에서 사용자나 관리자 입회하에 측정해야 하는 단점이 있으며, 절연저항 측정시 시험전압으로 인하여 측정 후 일부 전기제품이나 설비에 영향을 미쳐 고장이 발생하기도 한다.
이상과 같은 문제점을 보완하기 위하여 전기설비기술기준의 판단기준 제13조(전로의 절연저항 및 절연내력)에서는 사용전압이 저압인 전로에서 정전이 어려운 경우 등 절연저항 측정이 곤란한 경우에는 누설전류를 1[㎃]이하로 유지하여야 한다고 규정하고 있다. 이러한 규정을 근거로 부재 수용가에 대한 최소한의 안전 확보를 위하여 누설전류 측정제도를 시행하여 1[㎃] 이하인 경우 적합, 초과하는 경우 고객에게 통보하여 확인하도록 제도를 운영하고 있다.
하지만, 기존의 누설전류계는 용량성 누설전류(Igc)와 저항성 누설전류(Igr)의 벡터합(Igo)을 측정하고 있어, 실제 선로 피복 등에서 절연파괴로 인하여 전로에서 대지로 흐르는 화재 및 감전의 위험성이 존재하는 저항성 누설전류가 아닌 용량성 누설전류에 의해 전기설비의 정확한 상태로 확인하지 못하는 경우가 발생한다.
누설전류 측정시 전기설비의 정확한 절연 상태를 확인하기 위한 기존의 저항성 누설전류를 측정하는 장비의 경우 비접촉 자계센서인 영상변류기에서 용량성 누설전류(Igc)와 저항성 누설전류(Igr)의 벡터합(Igo)을 측정하고, 직접 접촉 측정 방식인 계기용 변압기(PT) 또는 전압 분압 방식 등을 이용한 전압센서에서 전압의 크기와 기준 위상을 측정하여 전압 기준위상에 대하여 영상변류기의 영상전류와 위상차를 산출하여 저항성 누설전류를 산출하는 방식을 사용하고 있다.
하지만, 저항성 누설전류를 측정하는 장비를 사용할 경우 전압을 직접 측정해야 산출이 가능하기 때문에 실제 현장에서는 점검대상 설비의 내부에서 사용자나 관리자 입회하에 측정해야 한다. 그러나 현대 사회에서 1인 가구와 여성의 경제 활동 증가에 따라 부재수용가가 증가하여 전기안전 미점검 수용가가 매년 증가하고 있는 추세에서 점검대상 설비의 내부에서 측정하는 방식은 효용성이 낮아지는 현실이다.
이에 본 발명에서는 비접촉 전계 센서 등을 이용한 비접촉식 전압 기준 위상(Zero Crossing 위상) 검출 기술과 비접촉 전계 센서인 영상 변류기(ZCT)의 영상전류로부터 영상전류의 크기와 위상을 검출하여 획득된 전압 기준 위상과 영상전류의 위상차를 토대로 저항성 누설전류를 검출하고, 입력전압 범위에 안전율을 적용한 무정전 절연저항 측정 방법을 제시하였다.
한국등록특허 제10-1358050호
본 발명은 옥내 배선 등의 절연저항 측정이 곤란한 경우 정전시키지 않고도 절연 성능을 판정할 수 있는 무정전 절연저항 측정 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 무정전 절연저항 측정 시스템에 있어서, 비접촉 자계 센서를 하나 이상 포함하여 피측정 선로에 흐르는 영상 전류가 비접촉으로 측정되고, 측정된 상기 영상 전류로부터 누설전류의 벡터 정보를 검출하는 영상변류기(ZCT) 측정부; 비접촉 전계 센서를 하나 이상 포함하여 활선 상태인 상기 피측정 선로에서 전계의 전위 변화를 비접촉으로 측정하여 전압의 기준 위상 펄스를 검출하는 전압 기준 위상 검출부; 검출된 상기 전압 기준 위상과 상기 누설전류의 벡터 정보의 제로 크로싱(Zero Crossing) 위상차를 연산하여 유효 누설전류를 측정하는 누설전류 측정부; 및 측정된 상기 누설전류에 상기 피측정 선로의 입력전압 범위 및 안전율을 적용하여 절연저항을 산출하는 절연저항 측정부를 포함하여, 비접촉 전압 기준 위상을 검출에 따른 누설전류 연산으로 무정전 상태에서 절연저항을 산출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 영상변류기(ZCT) 측정부는 상기 비접촉 자계 센서로부터 용량성 누설전류(lgc)와 저항성 누설전류(lgr)의 벡터합(lgo)을 측정하고, 노이즈 제거의 신호처리 후 누설전류의 벡터합(lgo)에 대한 RMS 값을 검출할 수 있다.
바람직하게, 상기 전압 기준 위상 검출부는, 상기 전계의 제로 크로싱(Zero Crossing)을 기준으로 (+), (-) 전위의 변화를 측정하여 상기 전압의 기준 위상 펄스를 검출할 수 있다.
바람직하게, 본 발명에 따른 무정전 절연저항 측정 시스템은 상기 전압 기준 위상 검출부의 전압 기준 위상 검출에 대한 저역 통과 주파수 대역을 설정하여 상기 전압 기준 위상 펄스를 필터링하고, 상기 전압 기준 위상의 시작점을 보정하는 전압 기준 위상 연산부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 무정전 절연저항 측정 방법에 있어서, 비접촉 자계 센서로부터 피측정 선로에 흐르는 영상 전류를 비접촉으로 측정하고, 측정된 상기 영상 전류로부터 누설전류의 벡터 정보를 검출하는 (a)영상변류기(ZCT) 측정 단계;
활선 상태인 상기 피측정 선로에서 전계의 전위 변화를 비접촉으로 측정하여 전압의 기준 위상 펄스를 검출하는 (b)전압 기준 위상 검출 단계; 상기 (b)단계에서 검출된 상기 전압 기준 위상과 상기 (a)단계에서 검출된 상기 누설전류의 벡터 정보의 제로 크로싱(Zero Crossing) 위상차를 연산하여 유효 누설전류를 측정하는 (c)누설전류 측정 단계; 및 상기 (c)단계에서 측정된 상기 누설전류에 상기 피측정 선로의 입력전압 범위 및 안전율을 적용하여 절연저항을 산출하는 (d)절연저항 측정 단계를 포함하여, 비접촉 전압 기준 위상을 검출에 따른 누설전류 연산으로 무정전 상태에서 절연저항을 산출하는 것을 다른 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 비접촉 전계 센서와 비접촉 자계 센서로부터 측정된 영상전류를 이용하여 저항성 누설전류를 부재수용가에서 측정하고 전기설비의 절연상태를 진단할 수 있다. 본 발명에 따르면 일반용 전기설비의 전로 상태를 확인하는 정전검사의 단점을 보완하고, 전압 측정이 불가능한 점검 현장에 적용 가능하며, 전로의 상태를 정확하게 판단할 수 있다.
보다 상세하게, 본 발명에 따르면 실제 선로 피복 등에서 절연파괴로 인하여 전로에서 대지로 흐르는 화재 및 감전의 위험성이 존재하는 저항성 누설전류를 검출할 수 있으며, 무정전 시에도 전기안전 점검이 가능할 뿐만 아니라 부재수용가가 증가로 인한 현장 상황을 고려한 누설전류 측정제도에 적합한 기술로 전기설비의 정확한 전기안전 상태를 확인하여 전기재해를 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무정전 절연저항 측정 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전압 기준 위상 검출부가 비접촉 전계 센서를 이용하여 입력전압에 대하여 비접촉 전압을 검출한 파형을 나타낸다.
도 3은 제 전압 파형과 전압 기준 위상으로 생성된 파형을 나타낸다.
도 4는 본 실시예에 따른 입력전압과 영상전류의 파형을 도시한 것이다.
도 5는 도 1의 실시예에서 동작되는 시스템 플로우를 나타낸 구성도이다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무정전 절연저항 측정 시스템(1)의 개략적인 구성도이다. 도 1을 참조하면, 무정전 절연저항 측정 시스템(1)은 영상변류기(ZCT) 측정부(10), 전압 기준 위상 검출부(30), 전압 기준 위상 연산부(40), 누설전류 측정부(60) 및 절연저항 측정부(80)를 포함할 수 있다.
ZCT 측정부(10)는 비접촉 자계 센서를 하나 이상 포함하여 피측정 선로에 흐르는 영상 전류가 비접촉으로 측정되고, 측정된 영상 전류로부터 누설전류의 벡터 정보를 검출할 수 있다. 본 실시예로 이하에서 설명되는 비접촉 자계 센서와 비접촉 전계 센서는 영상변류기를 포함한 주지된 센서가 이용될 수 있다.
ZCT 측정부(10)는 비접촉 자계 센서로부터 용량성 누설전류(lgc)와 저항성 누설전류(lgr)의 벡터합(lgo)을 측정하고, 노이즈 제거의 신호처리 후 누설전류의 벡터합(lgo)에 대한 RMS 값을 검출할 수 있다.
본 실시예로, ZCT 측정부(10)는 용량성 누설전류(lgc)와 저항성 누설전류(lgr)의 벡터합(lgo)을 측정한 측정값에 저역통과 필터 주파수 대역을 설정하여 필터링을 수행한 후 RMS 값을 검출할 수 있다.
전압 기준 위상 검출부(30)는 비접촉 전계 센서를 하나 이상 포함하여 활선 상태인 상기 피측정 선로에서 전계의 전위 변화를 비접촉으로 측정하여 전압의 기준 위상 펄스를 검출할 수 있다.
전압 기준 위상 검출부(30)는 상기 전계의 제로 크로싱(Zero Crossing)을 기준으로 (+), (-) 전위의 변화를 측정하여 상기 전압의 기준 위상 펄스를 검출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전압 기준 위상 검출부(30)가 비접촉 전계 센서를 이용하여 입력전압에 대하여 비접촉 전압을 검출한 파형을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 비접촉 전압을 검출한 파형은 실제 전압 파형과 다른 반파 형태의 다른 위상을 갖는 것을 확인할 수 있다. 따라서 하기의 전압 기준 위상 연산부(40)가 기준 위상의 시작점을 보정하는 것이 요구된다.
전압 기준 위상 연산부(40)는 전압 기준 위상 검출부의 전압 기준 위상 검출에 대한 저역 통과 주파수 대역을 설정하여 전압 기준 위상 펄스를 필터링하고, 상기 전압 기준 위상의 시작점을 보정할 수 있다.
도 3은 제 전압 파형과 전압 기준 위상으로 생성된 파형을 나타낸다. 도 3을 참조하면, 전압 기준 위상 연산부(40)는 도 2에 따라 검출된 전압 파형에 대하여 기 저장된 Mapping Data를 이용하여 기준 위상 시작점을 보정할 수 있다. 전압 기준 위상 연산부(40)는 TTL 소자 또는 IC를 이용하여 파형을 정형화 한 후, 실제 전압 파형과 정형화된 검출 파형의 위상을 동기화하여 기준 위상 시작점을 보정함으로써 전압 기준 위상을 생성할 수 있다.
누설전류 측정부(60)는 검출된 상기 전압 기준 위상과 상기 누설전류의 벡터 정보의 제로 크로싱(Zero Crossing) 위상차를 연산하여 유효 누설전류를 측정할 수 있다.
도 4는 본 실시예에 따른 입력전압과 영상전류의 파형을 도시한 것이다. 도 4를 참조하면, 누설전류 측정부(60)는 용량성 누설전류(lgc)와 저항성 누설전류(lgr)의 벡터합(lgo)의 위상차를 산출하기 위하여 기준 전압의 제로 크로싱 포인트와 영상전류의 제로 크로싱 포인트의 차이를 시간 카운트로 검출하여 위상차(θ)를 연산할 수 있다. 다른 실시예로, 누설전류 측정부(60)는 벡터합(lgo)의 위상차를 산출하기 위하여 기준 전압의 제로 크로싱 포인트와 영상전류의 제로 크로싱 포인트의 차이를 위상 카운트로 검출할 수도 있다. 전압 기준 위상의 제로 크로싱은 기준 위상의 Negative edge 또는 Positive edge를 기준으로 하며, 영상전류의 제로 크로싱은 영상전류의 크기가 (-)에서 (+)로 또는 (+)에서 (-)로 변하는 구간의 시간이나 위상을 카운트로 검출하여 위상차 연산에 사용할 수 있다.
절연저항 측정부(80)는 측정된 상기 누설전류에 상기 피측정 선로의 입력전압 범위 및 안전율을 적용하여 절연저항을 산출할 수 있다. 여기서 입력전압 범위는 대지전압이 220V인 경우, IEC%, 한국전력 이 될 수 있다. 안전율은 기기오차를 고려하여 0.5~1 이하의 값으로 설정될 수 있고, 바람직하게 0.9가 될 수 있다. 절연저항 측정부(80)는 상기의 수치 범위에서 입력전압의 최저값을 Vinput이라 할 때, (Vinput/lgr)에 안전율을 곱하여 절연저항을 산출할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로, 도 1에 따른 무정전 절연저항 측정 시스템(1)에서 수행되는 무정전 절연저항 측정 방법은 (a)영상변류기(ZCT) 측정 단계, (b)전압 기준 위상 검출 단계, (c)누설전류 측정 단계, 및 (d)절연저항 측정 단계를 포함할 수 있다.
도 5는 도 1의 실시예에서 동작되는 시스템 플로우를 나타낸 구성도이다. 도 5는 전술한 도 1의 시스템 동작 과정으로, 비접촉 전계 센서를 이용한 전압 기준 위상 검출과, 비접촉 자계 센서를 이용한 영상변류기의 영상전류 검출에 따른 무정전 절연저항 검출 과정을 개념적으로 도시한 것이다.
(a)단계는 비접촉 자계 센서로부터 피측정 선로에 흐르는 영상 전류를 비접촉으로 측정하고, 측정된 상기 영상 전류로부터 누설전류의 벡터 정보를 검출할 수 있다. (b)단계는 활선 상태인 상기 피측정 선로에서 전계의 전위 변화를 비접촉으로 측정하여 전압의 기준 위상 펄스를 검출할 수 있다. (c)단계는 (b)단계에서 검출된 상기 전압 기준 위상과 상기 (a)단계에서 검출된 상기 누설전류의 벡터 정보의 제로 크로싱(Zero Crossing) 위상차를 연산하여 유효 누설전류를 측정할 수 있다. (d)단계는 상기 (c)단계에서 측정된 상기 누설전류에 상기 피측정 선로의 입력전압 범위 및 안전율을 적용하여 절연저항을 산출할 수 있다.
시스템상 수행되는 각 단계는 전술한 ZCT 측정부(10), 전압 기준 위상 검출부(30), 전압 기준 위상 연산부(40), 누설전류 측정부(60) 및 절연저항 측정부(80)의 구성에서 상세히 설명한 바 중복 원용을 생략한다.
이상의 실시예에서, 비접촉 전계 센서 등을 이용한 비접촉식 전압 기준 위상(Zero Crossing 위상) 검출 기술과 비접촉 전계 센서인 영상 변류기(ZCT)의 영상전류로부터 영상전류의 크기와 위상을 검출하여 획득된 전압 기준 위상과 영상전류의 위상차를 토대로 저항성 누설전류를 검출하고, 입력전압 범위에 안전율을 적용한 무정전 절연저항 측정 방법을 제시하였다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
1: 무정전 절연저항 측정 시스템
10: 영상변류기(ZCT) 측정부
30: 전압 기준 위상 검출부
40: 전압 기준 위상 연산부
60: 누설전류 측정부
80: 절연저항 측정부

Claims (5)

  1. 비접촉 자계 센서를 하나 이상 포함하여 피측정 선로에 흐르는 영상 전류가 비접촉으로 측정되고, 측정된 상기 영상 전류로부터 누설전류의 벡터 정보를 검출하는 영상변류기(ZCT) 측정부;
    비접촉 전계 센서를 하나 이상 포함하여 활선 상태인 상기 피측정 선로에서 전계의 전위 변화를 비접촉으로 측정하여 전압의 기준 위상 펄스를 검출하는 전압 기준 위상 검출부;
    검출된 상기 전압 기준 위상과 상기 누설전류의 벡터 정보의 제로 크로싱(Zero Crossing) 위상차를 연산하여 유효 누설전류를 측정하는 누설전류 측정부;
    측정된 상기 누설전류에 상기 피측정 선로의 입력전압 범위 및 안전율을 적용하여 절연저항을 산출하는 절연저항 측정부; 및 ,
    검출한 비접촉 전압의 파형을 실제 전압 파형의 위상을 갖도록 보정하는 전압 기준 위상 연산부를 포함하여,
    비접촉 전압 기준 위상을 검출에 따른 누설전류 연산으로 무정전 상태에서 절연저항을 산출하는 것을 특징으로 하는 무정전 절연저항 측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상변류기(ZCT) 측정부는,
    상기 비접촉 자계 센서로부터 용량성 누설전류(lgc)와 저항성 누설전류(lgr)의 벡터합(lgo)을 측정하고, 노이즈 제거의 신호처리 후 누설전류의 벡터합(lgo)에 대한 RMS 값을 검출하는 것을 특징으로 하는 무정전 절연저항 측정 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 기준 위상 검출부는,
    상기 전계의 제로 크로싱(Zero Crossing)을 기준으로 (+), (-) 전위의 변화를 측정하여 상기 전압의 기준 위상 펄스를 검출하는 것을 특징으로 하는 무정전 절연저항 측정 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 기준 위상 연산부는,
    상기 전압 기준 위상 검출부의 전압 기준 위상 검출에 대한 저역 통과 주파수 대역을 설정하여 상기 전압 기준 위상 펄스를 필터링하고, 상기 전압 기준 위상의 시작점을 보정하는 것을 특징으로 하는 무정전 절연저항 측정 시스템.
  5. (a) 비접촉 자계 센서로부터 피측정 선로에 흐르는 영상 전류를 비접촉으로 측정하고, 측정된 상기 영상 전류로부터 누설전류의 벡터 정보를 검출하는 영상변류기(ZCT) 측정 단계;
    (b) 활선 상태인 상기 피측정 선로에서 전계의 전위 변화를 비접촉으로 측정하여 전압의 기준 위상 펄스를 검출하는 전압 기준 위상 검출 단계;
    (c) 상기 (b)단계에서 검출된 상기 전압 기준 위상과 상기 (a)단계에서 검출된 상기 누설전류의 벡터 정보의 제로 크로싱(Zero Crossing) 위상차를 연산하여 유효 누설전류를 측정하는 누설전류 측정 단계; 및
    (d) 상기 (c)단계에서 측정된 상기 누설전류에 상기 피측정 선로의 입력전압 범위 및 안전율을 적용하여 절연저항을 산출하는 절연저항 측정 단계를 포함하고,
    상기 (c)단계는,
    검출한 비접촉 전압의 파형을 실제 전압 파형의 위상을 갖도록 보정하여,
    비접촉 전압 기준 위상을 검출에 따른 누설전류 연산으로 무정전 상태에서 절연저항을 산출하는 것을 특징으로 하는 무정전 절연저항 측정 방법.
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