KR101986221B1 - 3상4선식 전기설비의 활선상태 절연저항 측정 방법 및 장치 - Google Patents

3상4선식 전기설비의 활선상태 절연저항 측정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 활선상태에서 3상4선식 일반용 전기설비의 활선절연저항을 측정하기 위해 위상 및 성분(유효성분, 무효성분)별로 누설전류를 추출하는 3상4선식 전기설비의 활선상태 절연저항 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 특징에 따른 활선상태 절연저항 측정 방법은 전기설비에서 각 위상별 시차를 두어 전원 전압을 순차적으로 인가하고, 상기 각 상별 전류 변화와 누설전류의 변화를 측정하여 상기 전기설비의 각 상별 저항성 누설전류 초기값을 설정하는 단계(S10)와 상기 전기설비의 각상별 전압 및 부하전류와 영상전류를 측정하는 단계(S20) 및 상기 측정값을 토대로 각상별 부하 소비 전력을 계산하는 단계(S30)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 측정값을 토대로 각상별 가설 누설전력을 계산하는 단계(S40), 기설정된 위상 선택 기준 및 상기 측정값을 토대로 누전발생 위상을 추출하는 단계(S50) 및 상기 추출된 누전발생 위상을 토대로 상기 계산된 각상별 가설 누설전력을 이용하여 각상별로 누설전류 변화량을 적산하는 단계(S60)를 포함할 수 있다.
이를 통해, 3상4선식 전기설비의 활선상태에서 위상별 및 성분별(유효성분, 무효성분)로 누설전류를 추출함으로써, 상기 전기설비의 활선절연저항을 측정할 수 있다.

Description

3상4선식 전기설비의 활선상태 절연저항 측정 방법 및 장치{3-phase 4-wire electrical installation hot-line insulation resistance measurement method and device}
본 발명은 3상4선식 전기설비의 활선상태 절연저항 측정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 활선상태에서 3상4선식 일반용 전기설비의 활선절연저항을 측정하기 위해 위상 및 성분(유효성분, 무효성분)별로 누설전류를 추출하는 3상4선식 전기설비의 활선상태 절연저항 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 날로 증가하는 전기와 관련한 화재 및 재해의 절반 이상이 전기 누전이 원인이 된 것으로 연구조사기관의 통계결과가 발표된 바 있다. 이는 절연저항이 주요원인으로서, 이러한 원인을 사전에 예방할 수 있다면 화재로 인한 사회적, 경제적 손실을 대폭 감소시킬 수 있다.
자가용 전기설비에서 가장 많이 발생하는 트러블은 저압회로의 누전에 기인하는 사고로서 전기화재나 감전사고, 그리고 정전범위의 확대 등으로 발전하기 때문에 조속한 누전검출 및 경보를 통해 사전에 회로를 차단하는 것이 중요하다.
무정전 절연장치는 주택, 공장, 건물 등의 전기시설물에 대한 절연열화의 경향을 파악하여 전기공급의 신뢰성 확보뿐만 아니라 수시점검에 의한 경비를 대폭적으로 절감시킬 수 있는 이점을 갖는다.
그러나 절연저항의 측정은 정전을 필요로 하여 전기계통 전체에서의 절연측정이 불가능할 뿐만 아니라, 컴퓨터 및 전자기기의 증가로 정전으로 인한 고도의 기기 파손을 초래하기도 한다.
또한 컴퓨터를 이용한 시스템 및 정보관리 등에 의해 정전이 불가능한 경우도 있어 절연저항측정을 수행할 수 없는 경우도 발생한다. 그밖에 정전으로 인해 시스템의 정지나 주요정보의 상실로 주변 지역사회의 혼란과 복잡성이 가중되어 손실이 막중할 수 있다.
한편, 최근에는 활선상태 설비의 절연저항 값을 측정하기 위한 방법들이 제시되고 있고, 이를 위해서는 영상전류를 측정하는 것이 요구된다. 그러나, 영상전류에는 실효성분인 저항성 누설전류와 무효성분인 용량성 누설전류가 포함되어 있어 실효성분인 저항성 누설전류에 대한 정확한 측정이 요구되고 있다.
저항성 누설전류를 측정하는 방법으로는 전압과 전류를 반주기동안 적분하거나 전압-누설전류 위상차를 측정하여 저항성 누설전류를 계산하는 방법이 있다. 그러나, 3상 전기설비의 경우에 측정된 영상전류는 각상의 누설전류의 벡터합이 측정되기 때문에 어떤 상에서 누전되는지 알기 어려운 문제점이 있다.
도 1은 종래의 단상 전기설비에서 누설전류를 측정하기 위한 회로 및 그래프를 나타내는 도면이다.
도 1b의 그래프에서 진폭이 작은 그래프는 순시전압 V, 진폭이 큰 그래프는 영상전류 Ig가 될 수 있다. 이때, 절연저항 R_in과 부하 및 설비의 대지용량 C_in에 따라 위상차 T가 발생할 수 있다. 따라서, 다음과 같은 수학식으로 저항성 누설전류 Igr을 산출할 수 있다.
Figure 112017120791518-pat00001
그러나, 상기 방법은 실제 3상4선식 전기설비를 사용하고 있는 일반용 전기 사용 고객에게는 각상의 단상 분기회로마다 적용은 가능하지만 비경제적이므로 실제 적용하기는 어려운 문제점이 있다.
도 2는 종래의 3상4선식 전기설비에서 누설전류를 측정하기 위한 회로도이다.
도 2에서 도시된 바와 같이 측정을 위해 변압기 2차측 중성선 제2종 접지선에 중첩파형을 보내기 위한 또다른 소형 변압기(tr)을 설치하고 저주파(f_r)의 전압 파형을 인가하면, 변압기(TR)의 각 상 S, T, R, N의 전압에 저주파 전압이 중첩된다. 따라서, 부하 또는 선로에서 누전발생시 저주파(f_r) 전압에 따라 누설전류가 발생하고 영상전류계(ZCT)에서 주파수(f_r)을 필터링하여 그 크기로 저항성 누설전류를 산출할 수 있다.
그러나, 상기 방법 또한 변압기 2차측 중성선에 별도의 장치가 필요하고, 일반용 3상 전기설비를 사용하는 고객설비에는 자가용 변압기가 없으므로 해당설비에 적용하기가 어려운 문제점이 있다. 또한, 상기 방법은 접지선을 따라 연결된 도체의 대지전압이 중첩전압 만큼 증가하여 도체가 인체에 노출될 경우 감전위험이 따르는 문제점이 있다.
또한, 종래의 중성선 중첩신호방식은 전기설비의 변압기 2차측 중성점이 한전소유이며, 여러 가구가 서로 중성점을 공유하기 때문에 누설전류의 측정을 위해 적용하는데 어려운 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1303597호(2013년 09월 26일 공고)
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 단점을 해결한 것으로서, 3상4선식 전기설비의 활선상태에서 위상별 누설전류를 검출하여 어떤 위상에서 누설전류가 발생하는지 파악하고자 하는데 그 목적이 있다. 또한, 상기 누설전류를 유효 성분(저항성)과 무효 성분(용량성)으로 신속하게 분리하고자 하는데 그 목적이 있다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 특징에 따른 활선상태 절연저항 측정장치는 전류 측정부, 전압 측정부, 저항성 누설전류 산출부 및 저장부를 포함할 수 있다.
상기 전류 측정부는 상기 3상4선식 전기설비의 일측에 설치되어 각상별로 흐르는 각 부하전류와, 영상전류를 측정할 수 있다. 또한, 상기 전압 측정부는 상기 3상4선식 전기설비의 일측에 설치되어 상기 3상의 각상과 N상 간의 각 전압을 측정할 수 있다.
또한, 상기 저장부는 상기 전류 측정부 및 전압 측정부로부터 측정된 각상별 전원 전압, 부하전류 및 영상전류와 기설정된 위상 선택 기준을 저장할 수 있다. 또한, 상기 저항성 누설전류 산출부는 상기 전류 측정부 및 전압 측정부로부터 측정된 측정값을 입력 받고, 상기 위상 선택 기준을 토대로 특징 점수 산출식을 추출하며, 상기 측정값과 특징 점수 산출식을 이용하여 각상별 저항성 누설전류 값을 추출할 수 있다.
본 발명의 특징에 따른 활선상태 절연저항 측정방법은 상기 전기설비에서 각 위상별 시차를 두어 전원 전압을 순차적으로 인가하고, 상기 각 상별 전류 변화와 누설전류의 변화를 측정하여 상기 전기설비의 각 상별 저항성 누설전류 초기값을 설정하는 단계(S10)와 상기 전기설비의 각상별 전압 및 부하전류와 영상전류를 측정하는 단계(S20) 및 상기 측정값을 토대로 각상별 부하 소비 전력을 계산하는 단계(S30)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 측정값을 토대로 각상별 가설 누설전력을 계산하는 단계(S40), 기설정된 위상 선택 기준 및 상기 측정값을 토대로 누전발생 위상을 추출하는 단계(S50) 및 상기 추출된 누전발생 위상을 토대로 상기 계산된 각상별 가설 누설전력을 이용하여 각상별로 누설전류 변화량을 적산하는 단계(S60)를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 3상4선식 전기설비의 활선상태 절연저항 측정 방법 및 장치는 3상4선식 일반용전기 수용가 설비의 절연저항을 활선상태에서 실시간으로 용이하게 추출할 수 있는 효과가 있다. 또한, 상기 3상4선식 일반용전기 수용가 설비에 대한 원격 모니터링이 가능하여 관리가 용이한 효과가 있다.
또한, 상기 3상4선식 일반용전기 수용가 설비의 활선절연저항을 통해 누전이 발생되는 부하를 예측하는 것이 가능하여 절연불량으로 인한 감전 및 화재사고를 예방할 수 있는 효과가 있다. 또한, 측정된 데이터를 토대로 전기설비의 노후화, 경년열화 연구, 설비수명 예측 및 통계에 활용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 단상 전기설비에서 누설전류를 측정하기 위한 회로 및 그래프를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 3상4선식 전기설비에서 누설전류를 측정하기 위한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 활선상태 절연저항 측정장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 3상4선식 전기설비 각상의 누설전류를 벡터도로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 활선상태 절연저항 측정 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 부하 소비 전력을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 가설 누설 전력을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 누전 발생 위상을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 누설전류 변화량 적산값을 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 또는 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 활선상태 절연저항 측정장치를 개략적으로 나타내는 구성도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 3상4선식 전기설비 각상의 누설전류를 벡터도로 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 활선상태 절연저항 측정장치(1)는 부하불평형률에 관계없이 활선상태에서 3상4선식 전기설비(10)의 절연저항을 각 상별로 측정하기 위해 전기설비(10)의 각 상별 전원 전압, 부하전류 및 영상전류를 측정하여 각 상별 누설전류를 검출할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 활선상태 절연저항 측정장치(1)는 전류 측정부(20), 전압 측정부(30), 저항성 누설전류 산출부(40) 및 저장부(50)를 포함할 수 있다.
전류 측정부(20)는 3상4선식 전기설비(10)의 일측에 설치되어 각상별로 흐르는 각 부하전류와, 영상전류를 측정할 수 있다. 또한, 전류 측정부(20)는 영상전류를 측정하는 ZCT(영상변류기, Zero Current Transformer)와, 각상별 부하전류를 측정하는 CT(변류기, Current Transformer)를 포함할 수 있다. 또한, 전류 측정부(20)는 상기 측정된 전류의 아날로그 값을 디지털 측정 값으로 변환하는 ADC를 더 포함할 수 있다.
또한, 전류 측정부(20)는 3상4선식 전기설비(10)의 각상에 전류센서를 각각 설치하여 상기 부하전류를 측정할 수 있고, 상기 영상전류 값은 3상4선식 전기설비(10)의 4개 전선을 동시에 측정해서 추출할 수 있다.
한편, 3상4선식 전기설비(10)에서 상기 영상전류의 측정만으로 3상(S, T, R)의 어느 상에서 얼마만큼의 누설전류가 발생하였는지를 구별할 수는 없다. 도 4의 그래프에서 1사분면의 연두색 영역 안에 있는 붉은색 화살표가 ZCT(영상변류기)에서 측정된 누설전류(Ig)이다. 여기에서, 상기 누설전류는 어느 상에서 발생한 누설전류 때문에 누설전류(Ig)의 합 벡터가 되었는지 알 수가 없다. 즉, 노란색 화살표, 하늘색 화살표 및 보라색 화살표 중 어느 것이 될 수 있다.
따라서, 상기 부하전류의 특성변화에 따라 누설전류의 발생 위상을 결정하는 것이 바람직하다.
또한, 전압 측정부(30)는 상기 3상4선식 전기설비(10)의 일측에 설치되어 상기 3상(S, T, R) 각상과 N상 간의 각 전압을 측정할 수 있다.
또한, 저장부(50)는 전류 측정부(20) 및 전압 측정부(30)로부터 측정된 각 상별 전원 전압, 부하전류 및 영상전류와 기설정된 위상 선택 기준이 저장될 수 있다.
본 발명에 따른 위상 선택 기준은 다음의 특징들을 포함할 수 있다. 즉, 저항성 누설전류 변화량과 유효전력 변화량의 부호는 같은 위상을 가지며(특징1), 용량성 누설전류 변화량과 저항성 누설전류 변화량의 부호가 같은 위상이 될 수 있다(특징2). 또한, 영상전류 스위칭 노이즈 발생 시점에 부하소비전력 노이즈 발생이 뚜렷하게 나타날 수 있다(특징3). 또한, 감전위험성이 큰 누설전류는 통상적으로 절연이 불량한 전기제품을 사용함으로써 나타나고(특징4), 설비 또는 전선피복 손상으로 인한 누전의 경우에는 급작스러운 누설전류의 증가형태로 나타나는 특징이 있다(특징5).
통상적으로, 3상 전기설비(10)의 각 상에 흐르는 부하전류 내에는 누설전류가 포함될 수 있다. 또한, 상기 누설전류(Ig)에 포함된 주파수 성분이 가장 유사한 어떤 한 상이 있다면 그 상에서 누설전류가 발생한 것일 수 있다.
또한, 부하나 누전회로가 전기설비(10)에 추가되면서 흐르는 부하전류와 누설전류 사이에는 다음과 같은 관계가 성립할 수 있다.
- if (저항성 누설전류 != 0) then {(부하전류 변화량)*(저항성 누설전류 변화량) > 0}
- (저항성 누설전류 변화량)*(용량성 누설전류 변화량) >= 0
이와 같은 상기 위상 선택 기준의 각 특징들을 토대로 누설전류가 발생하는 위상을 판별하기 위한 특징 점수 산출식을 추출할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라 R상의 경우를 예로 들어 설명하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.
R상의 특징점수 = (특징1 + 특징2 + 특징3)^2
특징1 = signSame(P_leak_rn,P_rn)
특징2 = signSame(diff(Ig*V_rn_90),diff(Ig*V_rn))
특징3 = noise(P_leak_rn,P_rn)
여기에서, P_leak_rn은 R상 누설유효전력 변화량, P_rn은 R상 부하유효전력 변화량이다. 또한, V_rn은 R상의 전압, V_rn_90은 상기 V_rn을 90도 위상 시프트(Shift) 변환하여 추출된 전압이다.
signSame(A,B)=(sign(A)T*sign(B))
sign(A)=[각 요소별 부호 값(1,-1)을 반환 함]
P_leak_rn=diff(Ig*V_rn)
(여기에서, R상 누설유효전력 변화량=R상 누설유효전류 변화량*(전압)∝R상 누설유효전류 변화량)
P_rn=diff(I_r*V_rn)
(여기에서, R상 부하유효전력 변화량=R상 부하유효전류 변화량*(전압)∝R상 부하전류 변화량)
V_rn_90=(V_sn - V_tn)/2
Q_leak_rn = diff(Ig*V_rn_90)
(여기에서, R상 누설무효전력 변화량=R상 누설무효전류 변화량*(전압)∝R상 누설무효전류 변화량)
Q_rn=diff(I_rn*V_rn_90)
(여기에서, R상 부하무효전력 변화량=R상 부하무효전류 변화량*(전압)∝R상 부하무효전류 변화량)
noise(A,B)=k*u*(AT*B)^2
(여기에서, k는 감도 조절 계수)
u=p/(E+z)
E=var(e)
E=(A-(BT*A)/BT*B)*B)
여기에서, A,B는 특정 데이터의 T/4 주기 샘플 배열일수 있다. 하지만, 상기 샘플 배열 주기의 길이는 조절이 가능하다. 또한, A, B에 대하여 '*'는 매트릭스 곱을 나타내고, 스칼라값에 대한 '*'는 산술곱을 나타낼 수 있다. 또한, ()T는 매트릭스의 전치행렬화 기호를 나타낼 수 있다.
또한, 저항성 누설전류 산출부(40)는 전류 측정부(20)로부터 측정된 각상의 부하전류 및 영상전류와, 전압 측정부(30)로부터 측정된 상기 전압 값을 입력 받고, 상기 위상 선택 기준 및 특징 점수 산출식을 토대로 각상별 저항성 누설전류 값을 산출할 수 있다.
여기에서, 저항성 누설전류 산출부(40)는 상기 누설전류의 발생 위상을 추출하기 위해 머신러닝과 같은 AI 기법을 포함할 수 있다.
또한, 도 4의 특징 점수 산출과정을 아날로그 연산회로를 활용하여 하드웨어로 구성하는 방법을 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 활선상태 절연저항 측정 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
본 발명에 따른 활선상태 절연저항 측정방법은 활선상태에서 3상4선식 전기설비의 절연저항을 측정하기 위해 전기설비(10)의 누설전류를 검출할 수 있다.
이를 위해 먼저, 전기설비(10)에서 각 위상별 시차를 두어 전원 전압을 순차적으로 인가하고, 상기 각 상별 전류 변화와 누설전류의 변화를 측정하여 전기설비(10)의 각 위상별 저항성 누설전류 초기값을 설정할 수 있다.
즉, 전기설비(10)의 시스템 설치 후 전원 투입시 각 상별 시차를 두어 인가하게 되면 상별 전류변화와 누설전류의 변화를 측정하여 각 상별 저항성 누설전류량을 초기치로 얻을 수 있다.
상기 과정은 더욱 상세한 예로, 수용가 전기설비(10)에 설치된 분기차단기를 모두 오프(OFF)한 상태에서 초기값 0으로 설정한 후에 상기 분기차단기를 하나씩 순차적으로 온(ON)으로 하여 수행할 수 있다.
여기에서, 전기설비(10)의 시스템을 도입하기 전부터 각 상마다 발생되는 누설전류량에 따라 상쇄되어진 기저누설전류량은 초기치로 설정되어야 한다.
또한, 전기설비(10)의 각상에 대한 전압 및 부하전류와 영상전류를 측정할 수 있다. 즉, 3상4선식 전기설비(10)에서 N상을 기준으로 R상의 전압과 S상의 전압 및 T상의 전압을 측정할 수 있다. 또한, 상기 R상, S상 및 T상의 각 부하전류와 3상4선식 전기설비(10)의 4개 전선을 동시에 측정하여 상기 영상전류를 측정할 수 있다.
또한, 상기 측정된 각상별 전압과 부하전류 및 영상전류를 토대로 각상별 부하 전력을 계산할 수 있다. 즉, 각상에 대한 유효 부하 전력은 아래의 [수학식 1]에 의하여 계산될 수 있다.
[수학식 1]
PS = VS-N * IS
PT = VT-N * IT
PR = VR-N * IR
(여기에서, PS는 S상의 유효 부하 전력, PT는 T상의 유효 부하 전력, PR은 R상의 유효 부하 전력이고, VS-N은 N상에 대한 S상의 전압, VT-N은 N상에 대한 T상의 전압, VR-N은 N상에 대한 R상의 전압이며, IS은 S상의 부하전류, IT은 T상의 부하전류, IR은 R상의 부하전류이다.)
또한, 상기 각상에 대한 무효 부하 전력은 아래의 [수학식 2]에 의하여 계산될 수 있다. 아래의 [수학식 2]는 상기 [수학식 1]을 토대로 90도 위상 시프트(Shift) 변환하여 추출될 수 있다.
[수학식 2]
QS = (VT-N - VR-N)*IS/2
QT = (VR-N - VS-N)*IT/2
QR = (VS-N - VT-N)*IR/2
(여기에서, QS는 S상의 무효 부하 전력, QT는 T상의 무효 부하 전력, QR은 R상의 무효 부하 전력이다.)
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 부하 소비 전력을 나타내는 도면이다.
도 6a는 각상에 대한 유효 부하 전력을 나타내는 도면이고, 도 6b는 각상에 대한 무효 부하 전력을 나타내는 도면이다. 즉, 도 6은 상기 측정된 각상별 전압과 부하전류 및 영상전류를 토대로 상기 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 이용하여 추출될 수 있다.
또한, 상기 측정된 각상별 전압과 부하전류 및 영상전류를 토대로 각 위상별 가설 누설전력을 계산할 수 있다. 상기 각 위상별 가설 누설전력은 상기 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 이용하여 추출할 수 있다. 즉, 상기 [수학식 1] 및 [수학식 2]에서 각 부하전류를 영상전류(Ig)로 설정하여 구할 수 있다.
각 위상별 가설 누설전력은 아래의 [수학식 3] 및 [수학식 4]에 의하여 계산될 수 있다. 아래의 [수학식 3]은 각 위상별 가설 누설전력의 유효 성분을 나타내고, 아래의 [수학식 4]는 각 위상별 가설 누설전력의 무효 성분을 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
PlS = VS-N * Ig
PlT = VT-N * Ig
PlR = VR-N * Ig
(여기에서, PlS는 S상의 유효성분 가설 누설전력, PlT는 T상의 유효성분 가설 누설전력, PlR은 R상의 유효성분 가설 누설전력이다.)
[수학식 4]
QlS = (VT-N - VR-N)*Ig/2
QlT = (VR-N - VS-N)*Ig/2
QlR = (VS-N - VT-N)*Ig/2
(여기에서, QlS는 S상의 무효성분 가설 누설전력, QlT는 T상의 무효성분 가설 누설전력, QlR은 R상의 무효성분 가설 누설전력이다.)
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 가설 누설 전력을 나타내는 도면이다.
도 7a는 각 위상별 가설 누설전력의 유효 성분을 나타내는 도면이고, 도 7b는 각 위상별 가설 누설전력의 무효 성분을 나타내는 도면이다. 즉, 도 7은 상기 측정된 각상별 전압과 부하전류 및 영상전류를 토대로 상기 [수학식 3] 및 [수학식 4]를 이용하여 추출될 수 있다.
또한, 기설정된 위상 선택 기준 및 상기 특징 점수 산출식을 토대로 누전발생 위상을 선택할 수 있다.
본 발명에 따른 위상 선택 기준은 상술한 바와 같이 다음의 특징들을 포함할 수 있다. 즉, 저항성 누설전류 변화량과 유효전력 변화량의 부호는 같은 위상을 가지며(특징1), 용량성 누설전류 변화량과 저항성 누설전류 변화량의 부호가 같은 위상이 될 수 있다(특징2). 또한, 영상전류 스위칭 노이즈 발생 시점에 부하소비전력 노이즈 발생이 뚜렷하게 나타날 수 있다(특징3). 또한, 감전위험성이 큰 누설전류는 통상적으로 절연이 불량한 전기제품을 사용함으로써 나타나고(특징4), 설비 또는 전선피복 손상으로 인한 누전의 경우에는 급작스러운 누설전류의 증가형태로 나타나는 특징이 있다(특징5).
또한, 본 발명에 따른 활선상태 절연저항 측정방법은 머신러닝과 같은 AI 기법을 이용하여 상기 누설전류 발생 위상을 추출할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 누전 발생 위상을 나타내는 도면이다.
도 8a는 상기 위상 선택 기준 및 특징 점수 산출식을 토대로 각 위상별 누전발생 위상 가중치를 추출한 것을 나타내는 도면이고, 도 8b는 도 8a의 각 위상별 그래프를 하나의 그래프로 나타낸 도면이다.
즉, 상기 위상 선택 기준의 각 특징들을 토대로 각 위상별로 특징 점수 산출식을 추출하고, 상기 측정된 각상별 전압, 부하전류 및 영상전류와 상기 추출된 각상별 부하 소비 전력을 이용하여 각상별로 누전발생 위상을 나타내는 그래프를 추출할 수 있다.
또한, 상기 추출된 누전발생 위상을 토대로 상기 각 위상별 가설 누설전력을 이용하여 각 위상별 누설전류 변화량을 적산할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 누설전류 변화량 적산값을 나타내는 도면이다. 즉, 도 9에서 상부의 그래프는 상기 추출된 누전발생 위상을 토대로 도 7a의 각 위상별 가설 누설전력의 유효 성분을 이용하여 추출한 누설전류 유효성분을 나타내는 도면이고, 도 9에서 하부의 그래프는 상기 추출된 누전발생 위상을 토대로 도 7b의 각 위상별 가설 누설전력의 무효 성분을 이용하여 추출한 누설전류 무효성분을 나타내는 도면이다.
또한, 상기 추출된 각 위상별 누설전류 변화량의 적산 결과와 상기 측정된 영상전류(Ig)를 비교 판단하여 오차율을 산출하고, 상기 오차율 산출 결과를 토대로 피드백하여 오차 감소를 위해 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
통상적으로, 각 위상별 저항성 누설전류(Igr) 변화량의 적산 결과에 대한 벡터 합은 ZCT(영상변류기)에서 측정된 영상전류(Ig)와 같아야 한다. 이를 통해 상기 추출된 각 위상별 누설전류 변화량의 적산 결과를 상기 측정된 영상전류(Ig)와 비교 판단하고, 상기 판단결과를 토대로 오차율을 줄이도록 보정할 수 있다.
바람직하게는, 오차율을 줄이고, 정확한 누설전류의 검출을 위해 상기 위상 선택 기준 및 상기 특징 점수 산출식을 보정할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 3상4선식 전기설비의 활선상태 절연저항 측정 방법 및 장치는 3상4선식 전기설비(10)의 활선상태에서 전원 전압, 부하전류 및 영상전류를 측정하여 위상별 및 성분별(유효성분, 무효성분)로 누설전류를 추출함으로써, 전기설비(10)의 활선절연저항을 측정할 수 있는 효과가 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
1 : 활선상태 절연저항 측정장치 10 : 3상4선식 전기설비
20 : 전류 측정부 30 : 전압 측정부
40 : 저항성 누설전류 산출부 50 : 저장부

Claims (7)

  1. 활선상태에서 3상4선식 전기설비의 절연저항을 측정하기 위해 상기 전기설비의 누설전류를 검출하는 활선상태 절연저항 측정방법에 있어서,
    상기 전기설비에서 각 위상별 시차를 두어 전원 전압을 순차적으로 인가하고, 상기 각 상별 전류 변화와 누설전류의 변화를 측정하여 상기 전기설비의 각 상별 저항성 누설전류 초기값을 설정하는 단계(S10);
    상기 전기설비의 각상별 전압 및 부하전류와 영상전류를 측정하는 단계(S20);
    상기 측정값을 토대로 각상별 부하 소비 전력을 계산하는 단계(S30);
    상기 측정값을 토대로 각상별 가설 누설전력을 계산하는 단계(S40);
    기설정된 위상 선택 기준 및 상기 측정값을 토대로 누전발생 위상을 추출하는 단계(S50); 및
    상기 추출된 누전발생 위상을 토대로 상기 계산된 각상별 가설 누설전력을 이용하여 각상별로 누설전류 변화량을 적산하는 단계(S60);를 포함하고,
    상기 위상 선택 기준은 저항성 누설전류 변화량과 유효전력 변화량의 부호는 같은 위상을 가지는 특징과, 용량성 누설전류 변화량과 저항성 누설전류 변화량의 부호가 같은 위상이 되는 특징 및 영상전류 스위칭 노이즈 발생 시점에 부하소비전력 노이즈 발생이 뚜렷하게 나타나는 특징을 포함하는 활선상태 절연저항 측정 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 (S30) 단계에서
    상기 부하 소비 전력은 각 위상별로 유효 부하 전력과 무효 부하 전력을 포함하고, 상기 유효 부하 전력과 무효 부하 전력은 각각 아래의 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 이용한 연산을 수행하여 산출하는 것을 특징으로 하는 활선상태 절연저항 측정 방법.
    [수학식 1]
    PS = VS-N * IS
    PT = VT-N * IT
    PR = VR-N * IR
    여기에서, PS는 S상의 유효 부하 전력, PT는 T상의 유효 부하 전력, PR은 R상의 유효 부하 전력이고, VS-N은 N상에 대한 S상의 전압, VT-N은 N상에 대한 T상의 전압, VR-N은 N상에 대한 R상의 전압이며, IS은 S상의 부하전류, IT은 T상의 부하전류, IR은 R상의 부하전류이다.
    [수학식 2]
    QS = (VT-N - VR-N)*IS/2
    QT = (VR-N - VS-N)*IT/2
    QR = (VS-N - VT-N)*IR/2
    여기에서, QS는 S상의 무효 부하 전력, QT는 T상의 무효 부하 전력, QR은 R상의 무효 부하 전력이다.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 (S40) 단계에서
    상기 가설 누설전력은 각 위상별로 유효 성분과 무효 성분을 포함하고, 상기 유효 성분 가설 누설전력과 무효 성분 가설 누설전력은 각각 아래의 [수학식 3] 및 [수학식 4]를 이용한 연산을 수행하여 산출하는 것을 특징으로 하는 활선상태 절연저항 측정 방법.
    [수학식 3]
    PlS = VS-N * Ig
    PlT = VT-N * Ig
    PlR = VR-N * Ig
    여기에서, PlS는 S상의 유효성분 가설 누설전력, PlT는 T상의 유효성분 가설 누설전력, PlR은 R상의 유효성분 가설 누설전력이다.
    [수학식 4]
    QlS = (VT-N - VR-N)*Ig/2
    QlT = (VR-N - VS-N)*Ig/2
    QlR = (VS-N - VT-N)*Ig/2
    여기에서, QlS는 S상의 무효성분 가설 누설전력, QlT는 T상의 무효성분 가설 누설전력, QlR은 R상의 무효성분 가설 누설전력이다.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 (S50) 단계에서
    상기 위상 선택 기준을 토대로 아래의 특징 점수 산출식을 추출하고, 상기 측정값과 상기 특징 점수 산출식을 이용하여 누전 발생 위상을 추출하는 것을 특징으로 하는 활선상태 절연저항 측정 방법.
    [특징 점수 산출식]
    X상의 특징점수 = (특징1 + 특징2 + 특징3)^2
    특징1 = signSame(P_leak_Xn,P_Xn)
    특징2 = signSame(diff(Ig*V_Xn_90),diff(Ig*V_Xn))
    특징3 = noise(P_leak_Xn,P_Xn)
    여기에서, X는 S, T, R상 중 어느 하나일 수 있다. P_leak_Xn은 X상의 누설유효전력 변화량, P_Xn은 X상 부하유효전력 변화량이고, V_Xn은 X상의 전압, V_Xn_90은 상기 V_Xn을 90도 위상 시프트(Shift) 변환하여 추출된 전압이다.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 (S60) 단계에서 추출된 각 위상별 누설전류 변화량의 적산 결과와 상기 (S20) 단계에서 측정된 영상전류를 비교 판단하여 오차율을 산출하고, 상기 오차율 산출 결과를 피드백하여 보정하는 단계를 더 포함하는 활선상태 절연저항 측정 방법.
  7. 활선상태에서 3상4선식 전기설비의 절연저항을 측정하기 위해 상기 전기설비의 누설전류를 검출하는 활선상태 절연저항 측정장치에 있어서,
    상기 3상4선식 전기설비의 일측에 설치되어 각상별로 흐르는 각 부하전류와, 영상전류를 측정하는 전류 측정부;
    상기 3상4선식 전기설비의 일측에 설치되어 상기 3상의 각상과 N상 간의 각 전압을 측정하는 전압 측정부;
    상기 전류 측정부 및 전압 측정부로부터 측정된 각상별 전원 전압, 부하전류 및 영상전류와 기설정된 위상 선택 기준이 저장되는 저장부; 및
    상기 전류 측정부 및 전압 측정부로부터 측정된 측정값을 입력 받고, 상기 위상 선택 기준을 토대로 특징 점수 산출식을 추출하며, 상기 측정값과 특징 점수 산출식을 이용하여 각상별 저항성 누설전류 값을 추출하는 저항성 누설전류 산출부;를 포함하는 활선상태 절연저항 측정장치.
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