KR102204013B1 - 절연 감시 장치 및 그 절연 감시 장치의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력선에 일정 크기의 전압을 가지는 펄스(pulse) 신호를 인가하는 신호 생성부와, 상기 접지에 연결되며, 상기 전력선에 인가된 펄스 신호가 상기 절연 저항을 통해 접지에 인가될 때에, 상기 접지로부터 상기 인가된 펄스 신호의 전압을 측정하는 신호 측정부와, 설정된 샘플링 간격에 따른 샘플링 구간 동안 상기 신호 측정부에서 측정되는 전압들의 평균 전압을 산출하는 평균 전압 산출부 및, 초기 샘플링 간격과 기 설정된 시간 배수에 근거하여 샘플링 간격을 산출하고, 산출된 샘플링 간격에 따른 샘플링 구간 동안의 평균 전압을 산출하며, 산출된 제1 평균 전압과, 상기 제1 평균 전압 이전에 측정된 제2 평균 전압의 차이가 기 설정된 제1 오차 범위 이내인지 여부에 따라 상기 제1 평균 전압을 정상 상태의 전압으로 검출하거나, 상기 제1 평균 전압과 상기 제2 평균 전압의 차이에 따라 서로 다른 시간 배수를 적용하여 상기 샘플링 간격을 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

절연 감시 장치 및 그 절연 감시 장치의 제어 방법{IMD(INSULATION MONITORING DEVICE) AND METHOD FOR CONTROLLING THEREOF}

본 발명은 비접지(IT : Insulation Terra) 전력 계통에서 지락 사고등을 미연에 검출하여 사고를 예방하기 위한 절연 감시 장치 및 그 절연 감시 장치의 제어 방법에 대한 것이다.

IT(Insulation Terra) 접지 방식은, 전력선의 어느 쪽도 접지되지 않으며, 부하의 외함만을 통해 접지가 이루어지는 접지 방식이다. 이러한 IT 접지 방식은 전력선 중 어느 하나에서 지락 사고가 발생하는 경우에도 계통의 운전을 정지시키지 않고 지락 사고가 발생한 부위를 찾기 위한 시간적 여유가 있으므로, 계통의 연속적인 운전을 확보할 수 있다는 장점이 있다.

그러나 지락 사고가 발생하는 경우에도 계통의 운전이 가능하므로, 계통이 운전 중인 상태에서도 전력선의 절연 상태를 지속적으로 감시할 필요가 있다. 이에 IEC(International Electro-technical Commission) 61557 규정에서는 전력선의 절연 상태를 감시할 수 있는 절연 감시 장치를 설치할 것을 의무화하고 있다.

이에 따라 국내(대한민국)에서도, 이차전지를 사용한 전기저장장치에 IMD와 같은 적절한 보호 및 제어 장치를 시설하도록, 2019월 11월 21일 산업통상자원부 공고 제 2019-667호 전기설비기술기준의 판단기준이 공고되었다.

이러한 절연 감시 장치는, 접지(그라운드)와 전력선 사이에 형성되며, 상기 전력선과 접지 사이에 형성되는 절연 저항을 통해 상기 전력선과 상기 접지 사이에 회로를 형성, 및 형성된 회로에 정현파(펄스(Pulse)) 신호를 주입하는 펄스 신호 생성부와, 상기 정현파 신호에 따른 전압을 검출하기 위한 검출 저항을 포함하여 생성된다. 그리고 검출 저항의 양단 전압을 계측 및 분석하여 정상 상태(절연 상태가 정상일 때)의 전압을 검출하고, 검출된 전압에 근거하여 절연 저항의 크기를 산출함으로써, 상기 전력선의 절연 상태를 감시할 수 있도록 한다.

그런데 이러한 통상적인 절연 감시 장치는, 상기 정상 상태의 전압을 검출하기 위해 고정된 시간 배수에 따라 상기 검출 저항으로부터 계측된 전압을 분석한다는 문제가 있다. 이에 정상 상태의 전압을 검출하기까지 소요되는 시간이 길어지게 되어, 상기 절연 저항의 크기를 산출하여 표시하기 까지 소요되는 시간, 즉 절연 감시 장치의 응답 시간이 길어진다는 문제가 있다.

뿐만 아니라 통상적인 절연 감시 장치는, 전력선과 접지 사이에 형성된 회로를 통해 계측되는 정현파 신호를 하나의 아날로그 RC(Analog Resistor capacitor) 필터만을 사용하여 신호에 발생하는 노이즈(noise)를 제거하기에, 절연 감시 장치 내부 또는 아날로그-디지털 변환된 검출 전압의 노이즈 등에 대해서는 취약하다는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 검출 저항으로부터 분석되는 전압에 따라 정상 상태 전압을 검출하기 위한 시간 배수를 변경함으로써, 정상 상태 전압의 검출 시간을 보다 단축하여 보다 빠른 응답 속도를 가지는 절연 감시 장치 및, 절연 감시 장치의 응답 속도가 보다 향상될 수 있도록 절연 감시 장치를 제어하는 제어 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한 본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 절연 감시 장치 내부 또는 아날로그-디지털 변환된 검출 전압의 노이즈를 제거함으로써, 보다 정확하게 절연 저항의 크기를 산출할 수 있는 절연 감시 장치 및 그 절연 감시 장치의 제어 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치는, 전력선에 일정 크기의 전압을 가지는 펄스(pulse) 신호를 인가하는 신호 생성부와, 상기 접지에 연결되며, 상기 전력선에 인가된 펄스 신호가 상기 절연 저항을 통해 접지에 인가될 때에, 상기 접지로부터 상기 인가된 펄스 신호의 전압을 측정하는 신호 측정부와, 설정된 샘플링 간격에 따른 샘플링 구간 동안 상기 신호 측정부에서 측정되는 전압들의 평균 전압을 산출하는 평균 전압 산출부 및, 초기 샘플링 간격을 결정 및, 초기 샘플링 간격과 기 설정된 시간 배수에 근거하여 샘플링 간격을 산출하고, 산출된 샘플링 간격에 따른 샘플링 구간 동안의 평균 전압을 산출하도록 상기 평균 전압 산출부를 제어하며, 상기 평균 전압 산출부에서 산출된 제1 평균 전압과, 상기 제1 평균 전압 이전에 산출된 제2 평균 전압의 차이가 기 설정된 제1 오차 범위 이내인지 여부에 따라 상기 제1 평균 전압을 상기 인가된 펄스 신호의 전압을 정상 상태의 전압으로 검출하거나, 상기 제1 평균 전압과 상기 제2 평균 전압의 차이에 따라 서로 다른 시간 배수를 적용하여 상기 샘플링 간격을 갱신하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1 평균 전압과 상기 제2 평균 전압의 차이가, 기 설정된 제2 오차 범위를 초과하는 경우, 제1 시간 배수에 따라 다음 평균 전압을 산출할 샘플링 구간의 샘플링 간격을 갱신하고, 상기 제1 평균 전압과 상기 제2 평균 전압의 차이가, 기 설정된 제2 오차 범위 이하인 경우, 제2 시간 배수에 따라 상기 다음 평균 전압을 산출할 샘플링 구간의 샘플링 간격을 갱신하며, 상기 제2 시간 배수는, 상기 제1 시간 배수보다 작은 값을 가지며, 상기 제2 오차 범위는, 상기 제1 오차 범위보다 큰 값을 가지는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 시간 배수와 제2 시간 배수는 각각 1.66 및 1.33 이며, 상기 제1 오차 범위와 제2 오차 범위는, 각각 상기 제2 평균 전압의 1% 및 5%임을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 절연 감시 장치의 내부 저항에 따라 산출되는 초기값과, 기 설정된 간섭 주파수(Noise Frequency)의 주기 중 큰 값에 따라 상기 초기 샘플링 간격을 결정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 복수의 서로 다른 시정수에 대응하는 서로 다른 샘플링 간격들의 정보가 저장된 메모리를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 절연 감시 장치의 내부 저항에 따라 산출되는 초기값과, 기 설정된 간섭 주파수(Noise Frequency)의 주기 중 큰 값에 따라 제1 샘플링 간격을 산출하고, 상기 제1 샘플링 간격에 근거하여 상기 신호 측정부에서 측정되는 전압의 기울기를 산출할 복수의 간격 설정 시점을 결정하며, 복수의 제1 샘플링 간격들을 포함하는 간격 설정 시점들 사이의 전압차에 따른 제1 기울기와, 상기 복수의 제1 샘플링 간격을 포함하는 다른 간격 설정 시점들 사이의 전압차에 따른 제2 기울기의 비율을 산출하고, 산출된 기울기의 비율에 대응하는 시정수에 근거하여, 상기 서로 다른 샘플링 간격들 중 어느 하나를 상기 초기 샘플링 간격으로 결정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1 평균 전압이 상기 인가된 펄스 신호의 종류에 따른 정상 상태 전압으로 결정되면, 기 결정된 다른 종류의 펄스 신호의 종류에 따른 정상 상태 전압이 있는지 여부에 따라 상기 펄스 신호를 상기 다른 종류의 펄스 신호로 반전하도록 상기 신호 생성부를 제어하고, 상기 다른 종류의 펄스 신호에 따른 정상 상태 전압을 검출하도록 상기 신호 측정부와 상기 평균 전압 산출부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 기 결정된 다른 종류의 펄스 신호의 종류에 따른 정상 상태 전압이 있는 경우, 서로 다른 종류의 펄스 신호에 따른 정상 상태 전압들에 근거하여 상기 절연 저항의 크기를 산출하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 기 설정된 개수의 절연 저항 크기들이 산출되었는지 체크하고, 기 설정된 개수 미만의 절연 저항 크기들이 산출된 경우, 절연 저항의 크기를 다시 산출하도록 상기 신호 생성부와 신호 측정부 및 상기 평균 전압 산출부를 제어하고, 상기 체크 결과 기 설정된 개수의 절연 저항 크기들이 산출된 경우, 상기 산출된 절연 저항 크기들의 평균값을 산출하여, 상기 절연 저항의 최종 크기를 결정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 기 설정된 개수의 절연 저항 크기들이 산출되면, 산출된 절연 저항 크기들 간의 차이를 산출하고, 산출된 차이가 기 설정된 임계값을 초과하는 경우, 간섭 주파수를 기 설정된 비율에 따라 변경 및 변경된 간섭 주파수에 따라 상기 기 설정된 개수의 절연 저항 크기들을 다시 산출하도록 상기 신호 생성부와 신호 측정부 및, 상기 평균 전압 산출부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 기 설정된 개수의 절연 저항 크기들의 평균값에 근거하여 상기 절연 저항의 최종 크기가 최종 결정되면, 상기 간섭 주파수의 크기가 기 설정된 최소값 미만인지 여부를 체크하고, 상기 간섭 주파수의 크기가 기 설정된 최소값 미만인 경우 상기 간섭 주파수의 크기를 최소값으로 결정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 신호 측정부는, 검출 저항과, 상기 기 검출 저항 양단에 걸리는 전압차를 증폭하기 위한 증폭부와, 상기 증폭부에서 증폭된 전압차를 디지털 전압값으로 변환하여 상기 제어부로 입력하는 ADC(Analog Digital Converter) 및, 상기 검출 저항과 상기 증폭부 사이에 형성되며, 상기 검출 저항의 양단에 걸리는 전압의 노이즈를 제거하기 위한 제1 아날로그 필터와, 상기 증폭부와 상기 ADC 사이에 연결되며 상기 증폭부에서 증폭된 전압차의 노이즈를 제거하기 위한 제2 아날로그 필터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 ADC는, 상기 증폭된 전압차를 디지털 전압값으로 변환하는 변환부 및, 상기 변환부와 상기 제어부 사이에 형성되며, 상기 제어부에 입력되는 디지털 전압값들에 대한 잡음을 제거하는 디지털 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치의 제어 방법은, 전력선에 일정 크기의 전압을 가지는 펄스(pulse) 신호를 인가하는 제1 단계와, 초기 샘플링 간격을 결정하는 제2 단계와, 결정된 초기 샘플링 간격에 따라 샘플링 간격을 산출하고, 산출된 샘플링 간격에 따른 샘플링 구간 동안의 평균 전압을 산출 및, 제1 시간 배수에 따라 갱신된 샘플링 간격에 따른 샘플링 구간 동안의 평균 전압을 산출하는 제3 단계와, 현재 산출된 제1 평균 전압과, 상기 제1 평균 전압 이전에 측정된 제2 평균 전압의 차이가 기 설정된 제1 오차 범위 이내인지 여부를 검출하는 제4 단계와, 제4 단계의 검출 결과에 따라, 상기 제1 평균 전압을 상기 인가된 펄스 신호에 따른 정상 상태의 전압으로 식별하거나, 상기 제1 평균 전압과 상기 제2 평균 전압의 차이에 따라 서로 다른 시간 배수를 적용하여 상기 샘플링 간격을 갱신하는 제5 단계와, 상기 갱신된 샘플링 간격에 따른 샘플링 구간 동안의 평균 전압을 산출 및, 상기 정상 상태의 전압이 식별될 때까지 상기 제4 단계 내지 제5 단계를 반복하는 제6 단계와, 상기 정상 상태의 전압이 식별되면, 기 식별된 다른 종류의 펄스 신호의 종류에 따른 정상 상태 전압이 있는지를 검출하는 제7 단계와, 상기 제7 단계의 검출 결과, 기 식별된 다른 종류의 펄스 신호가 없는 경우, 상기 다른 종류의 펄스 신호로 펄스 신호를 반전하고, 상기 제2 단계 내지 제6 단계를 반복하여 상기 다른 종류의 펄스 신호에 따른 정상 상태 전압을 식별하는 제8 단계 및, 상기 제7 단계의 검출 결과, 기 식별된 다른 종류의 펄스 신호가 있는 경우, 서로 다른 종류의 펄스 신호에 따른 정상 상태 전압들에 근거하여 상기 절연 저항의 크기를 산출하는 제9 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제5 단계는, 상기 제1 평균 전압과 상기 제2 평균 전압의 차이가, 기 설정된 제2 오차 범위를 초과하는 경우, 제1 시간 배수에 따라 상기 샘플링 간격을 갱신하는 제5-1 단계 및, 상기 제1 평균 전압과 상기 제2 평균 전압의 차이가, 기 설정된 제2 오차 범위 이하인 경우, 제2 시간 배수에 따라 상기 샘플링 간격을 갱신하는 제5-2 단계를 포함하며, 상기 제2 시간 배수는, 상기 제1 시간 배수보다 작은 값을 가지며, 상기 제2 오차 범위는, 상기 제1 오차 범위보다 큰 값을 가지는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제2 단계는, 상기 절연 감시 장치의 내부 저항에 따라 산출되는 초기값과, 기 설정된 간섭 주파수(Noise Frequency)의 주기 중 큰 값에 따라 상기 초기 샘플링 간격을 산출하는 단계임을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제2 단계는, 상기 절연 감시 장치의 내부 저항에 따라 산출되는 초기값과, 기 설정된 간섭 주파수(Noise Frequency)의 주기 중 큰 값에 따라 제1 샘플링 간격을 산출하는 제2-1 단계와, 상기 제1 샘플링 간격에 근거하여 복수의 간격 설정 시점을 결정하는 제2-2 단계와, 복수의 제1 샘플링 간격들을 포함하는 간격 설정 시점들 사이의 전압차에 따른 제1 기울기와, 상기 복수의 제1 샘플링 간격을 포함하는 다른 간격 설정 시점들 사이의 전압차에 따른 제2 기울기의 비율을 산출하는 제2-3 단계 및, 산출된 기울기의 비율에 대응하는 시정수에 근거하여, 기 설정된 서로 다른 샘플링 간격들 중 어느 하나를 상기 초기 샘플링 간격으로 결정하는 제2-4 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 기 설정된 개수의 절연 저항 크기들이 산출되었는지 체크하는 제10 단계와, 상기 제10 단계의 체크 결과, 기 설정된 개수 미만의 절연 저항 크기들이 산출된 경우, 상기 제1 단계 내지 제9 단계를 반복하여 절연 저항의 크기를 다시 산출하는 제11 단계 및, 상기 제10 단계의 체크 결과, 기 설정된 개수의 절연 저항 크기들이 산출된 경우, 상기 산출된 절연 저항 크기들의 평균값을 산출하여, 상기 절연 저항의 최종 크기를 결정하는 제12 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제12 단계는, 상기 산출된 절연 저항 크기들 간의 차이를 산출하는 제12-1 단계와, 상기 제12-1 단계에서 산출된 차이가 기 설정된 임계값을 초과하는 경우, 간섭 주파수를 기 설정된 비율에 따라 변경하는 제12-2 단계 및, 변경된 간섭 주파수에 따라 상기 기 설정된 개수의 절연 저항 크기들을 다시 산출하도록 상기 제1 단계 내지 제9 단계를 반복 수행하는 제12-3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제12 단계는, 상기 절연 저항의 최종 크기가 산출되면, 간섭 주파수의 크기가 기 설정된 최소값 미만인지 여부를 검출하는 a 단계 및, 상기 a 단계의 검출 결과에 따라 상기 간섭 주파수의 크기를 상기 최소값으로 결정하는 b 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 절연 감시 장치 및 그 절연 감시 장치의 제어 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명은 검출 저항으로부터 측정되는 전압을 분석한 결과에 근거하여 더 작은 값을 가지는 시간 배수가 적용되도록 함으로써, 정상 상태 전압의 검출 시간을 보다 단축할 수 있다는 효과가 있다.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명은 검출 저항으로부터 측정되는 전압의 기울기를 분석한 결과에 근거하여, 검출된 전압에 보다 적합한 초기 시간 간격을 설정함으로써, 정상 상태 전압의 검출 시간을 보다 단축할 수 있다는 효과가 있다.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명은 디지털 노이즈 또는 아날로그-디지털 변환된 검출 전압의 노이즈를 제거할 수 있는 필터를 추가로 구비함으로써, 보다 효과적인 잡음 제거를 통해 절연 저항의 크기를 보다 정확하게 산출할 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치의 구조를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치에서 절연 저항을 산출하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치에서 정상 상태 전압을 측정하기 위한 초기 측정 샘플링 간격이 설정되는 예를 도시한 예시도이다.
도 4a는, 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치가, 평균 전압들 간의 차이에 따라 다음 샘플링 구간의 샘플링 간격을 결정하는 과정을 보다 자세하게 도시한 흐름도이다.
도 4b 및 도 4c는, 도 4a의 과정에 따라, 평균 전압들 간의 차이에 따라 서로 다른 시간 배수에 근거하여 샘플링 간격이 결정되는 예를 도시한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치가, 초기 샘플링 간격을 결정하는 과정을 보다 자세하게 도시한 흐름도이다.
도 6은, 도 5의 과정에 따라 산출된 전압 기울기 비율에 근거하여 초기 샘플링 간격이 결정되는 예를 도시한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치가, 도 2의 과정에 따라 산출된 기 설정된 개수의 초기 절연 저항에 근거하여 최종 절연 저항을 산출하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 아날로그 필터를 더 포함하는 신호 측정부를 포함하는 절연 감시 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 디지털 필터를 더 포함하는 ADC를 포함하는 절연 감시 장치의 구성을 도시한 블록도이다.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다." 또는 "포함한다." 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 또한 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)의 구조를 도시한 블록도이다.

도 1을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)는, 계통의 전력선들(이하 전력선, 170)과 연결되는 커플러 저항(Rc, 180), 상기 커플러 저항(180)을 통해 상기 전력선(170)에 정형파 신호(이하 펄스 신호)를 인가하는 신호 생성부(130), 상기 전력선(170)과 접지(ground) 사이에 형성되는 절연 저항(Re, 140), 상기 접지와 연결되는 검출 저항(Rm)을 포함하는 신호 측정부(120), 상기 신호 측정부(120)와 연결되어, 신호 측정부(120)에서 측정된 전압을 디지털 값으로 변환하는 ADC(Analog Digital Converter)(102), 상기 ADC(102)에서 변환된 디지털 값을 입력받아 기 설정된 샘플링 구간 동안 상기 전력선(170)에 인가된 펄스 신호에 따른 평균 전압을 산출하는 평균 전압 산출부(110), 연결된 다른 구성 요소들을 제어하며, 상기 샘플링 구간을 결정하기 위한 샘플링 간격을 산출 및, 상기 평균 전압 산출부(110)에서 산출된 복수의 평균 전압에 근거하여 상기 인가된 펄스 신호에 따른 복수의 정상 상태 전압을 검출하는 제어부(100), 상기 제어부(100)에서 검출된 복수의 정상 상태 전압에 근거하여 상기 절연 저항(140)의 크기를 산출하는 절연 저항 산출부(108)를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 상기 제어부(100)에 입력 또는 상기 제어부(100)에서 출력되는 다양한 데이터들이 저장되는 메모리(104), 및 인터페이스(interface, 106)를 포함하여 구성될 수 있다.

한편 상기 도 1에서는 계통의 전력선(170)이 단상인 경우의 예를 도시하였으나, 상기 계통의 전력선(170)은 다상으로 형성될 수도 있음은 물론이다. 일 예로 상기 계통의 전력선(170)은 3상(R,S,T) 일 수 있다. 이 경우 상기 커플러 저항(180)는 상기 다상의 전력선들, 예를 들어 3상인 경우 R선, S선, T선에 각각 형성되는 저항들로 구성될 수 있다.

도 1에 도시된 구성요소들은 절연 감시 장치(10)를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 절연 감시 장치(10)는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 얼마든지 가질 수 있다.

이를 자세히 살펴보면, 먼저 신호 생성부(130)는 제어부(100)의 제어에 따라 양(+)의 전압 또는 음(-)의 전압을 가지는 펄스 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어 신호 생성부(130)는 제어부(100)의 제어에 따라 일정한 크기의 양의 전압을 가지는 신호를 전력선(170)에 인가할 수 있으며, 상기 제어부(100)의 제어에 따라 동일한 크기의 음의 전압을 가지는 신호를 전력선(170)에 인가할 수 있다. 이에 전력선(170)에는 제어부(100)의 제어에 따라 양의 전압과 음의 전압이 교차하는 신호, 즉 펄스 신호가 인가될 수 있다.

도 1에서 보이고 있는 바와 같이, 전력선(170)과 접지는 서로 연결되어 회로가 형성될 수 있다. 여기서 상기 전력선(170)과 접지 사이에는 절연 저항(Re, 140)이 형성될 수 있다.

여기서 상기 전력선(170)과 접지 사이에는 커패시터(Ce, 150)가 더 형성될 수 있으며, 상기 커패시터(150)는 상기 절연 저항(140)과 함께 상기 전력선(170)과 접지 사이의 절연 임피던스(160)를 생성할 수 있다.

한편 상기 신호 생성부(130)에서 전력선(170)으로 인가된 펄스 신호는 상기 전력선(170)과 접지 사이에 형성된 회로를 통해 신호 측정부(120)로 입력될 수 있다. 여기서 신호 측정부(120)는 검출 저항(Rm)을 포함할 수 있으며, 상기 검출 저항(Rm)의 양단 전압에 근거하여, 절연 저항(160)에 따른 상기 전력선(170)에 인가된 펄스 신호의 전압을 검출할 수 있다. 그리고 이를 증폭부(Amp, Amplifier)를 통해 증폭하여 ADC(102)에 인가할 수 있다.

그러면 ADC(102)는 상기 신호 측정부(120)에서 검출된 아날로그 전압을 디지털 값으로 변환할 수 있다. 그리고 변환된 디지털 값으로 변환된 전압을 제어부(100)로 입력할 수 있다.

그리고 평균 전압 산출부(110)는, 제어부(100)의 제어를 통해 ADC(102)로부터 입력되는 디지털화된 전압값을 입력받을 수 있다. 그리고 제어부(100)에 의해 설정된 샘플링 간격에 따른 샘플링 구간 동안 상기 신호 측정부(120)에서 측정되는 전압들의 평균 전압을 산출할 수 있다.

그리고 제어부(100)는 연결된 다른 구성요소들을 제어할 수 있으며, 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 또한 제어부(100)는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다.

한편 양의 전압에서 음의 전압으로 전압이 변경되거나 또는 음의 전압에서 양의 전압으로 펄스 신호가 변경되면, 갑작스러운 펄스 신호의 변경에 따라 서지(surge)가 발생할 수 있다. 따라서 제어부(100)는 샘플링 간격을 결정 및 결정된 샘플링 간격에 따라 상기 신호 측정부(120)에서 측정되는 전압의 변화들을 검출함으로써 전압이 안정화되었는지 여부를 판단할 수 있다. 그리고 전압이 안정화되는 경우에 측정되는 전압을, 상기 전력선(170)에 인가된 펄스 신호에 따른 정상 상태의 전압, 즉 서지에 의한 영향이 사라진 전압으로 결정할 수 있다.

여기서 제어부(100)는 전압이 안정화되지 않은 것으로 판단되면, 1보다 큰 기 설정된 시간 배수를 이전 샘플링 간격에 곱하여 다음 샘플링 간격을 결정함으로써, 점차적으로 샘플링 간격을 늘릴 수 있다. 이러한 적응형 샘플링 간격 설정에 따라 전압이 안정화되지 않은 시간이 길어질수록 샘플링 간격은 보다 길어질 수 있다.

한편 이와 같이 샘플링 간격이 결정되는 경우, 샘플링 간격 간에 검출된 전압들의 차이가 안정화 수준을 벗어나는 경우 무조건 기 설정된 시간 배수에 따라 샘플링 간격이 늘어나게 되므로, 상기 샘플링 간격 간에 검출된 전압들 간의 차이가 크지 않음에도 불구하고, 그 차이가 안정화 수준을 조금 벗어나는 경우에도 상기 기 설정된 시간 배수에 따라 샘플링 간격이 길게 결정될 수 있다.

이에 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)의 제어부(100)는, 샘플링 간격 간에 검출된 전압들의 차이에 따라 샘플링 간격을 산출하기 위한 시간 배수를 변경할 수 있다. 이에, 전압이 안정화된 상태에 가까울수록, 즉, 상기 샘플링 간격 간에 검출된 전압들 간의 차이가 일정 크기 미만인 경우, 상기 기 설정된 시간 배수보다 더 작은 값을 가지는 시간 배수에 따라 다음 샘플링 간격을 결정함으로써, 샘플링 간격을 보다 적게 증가시킬 수 있다. 따라서 해당 샘플링 구간(샘플링 간격에 따라 전압이 측정되는 시간, 이하 샘플링 구간이라 하기로 한다)의 크기가 보다 작아질 수 있으며, 이에 안정화된 전압이 찾아질 때까지 소요되는 시간을 보다 단축할 수 있다.

그런데, 현재 찾아진 안정화된 전압은, 현재 인가된 펄스 신호, 즉 양의 펄스 신호와 음의 펄스 신호 중 어느 하나에 따른 안정화된 전압일 수 있다. 그러면 제어부(100)는 펄스 신호가 반전되도록 신호 생성부(130)를 제어할 수 있으며, 상술한 과정을 반복하여 반전된 펄스 신호에 따른 안정화된 전압을 검출할 수 있다.

그리고 제어부(100)는 양의 펄스 신호에 따른 정상 상태의 전압(양의 정상 상태 전압)과, 음의 펄스 신호에 따른 정상 상태의 전압(음의 정상 상태 전압)이 모두 검출되면, 검출된 양의 정상 상태 전압과 음의 정상 상태 전압을 절연 저항 산출부(108)에 인가할 수 있다.

그러면 절연 저항 산출부(108)는 제어부(100)의 제어에 따라, 제어부(100)로부터 인가된 양의 정상 상태 전압과 음의 정상 상태 전압에 근거하여 전력선(170)과 접지 사이의 절연 저항(140)의 크기를 산출할 수 있다. 이를 위해 절연 저항 산출부(108)는, 인가된 양의 정상 상태 전압과 음의 정상 상태 전압에 근거하여 펄스 신호에 따른 전압의 진폭을 산출할 수 있으며, 산출된 전압의 진폭에 근거하여 상기 절연 저항(140)의 크기를 산출할 수 있다.

한편 메모리(104)는 절연 감시 장치(10)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 메모리(104)는 절연 감시 장치(10)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 또한 메모리(104)에는 상기 제어부(100)에 입력되는 데이터와, 상기 제어부(100)에서 출력되는 데이터들을 임시 또는 영구적으로 저장될 수 있다.

그리고 인터페이스(106)는 사용자와 인터렉션(interaction)을 위한 다양한 구성 요소를 포함할 수 있다. 일 예로 인터페이스(106)는 디스플레이부를 포함하는 표시부를 구비할 수 있으며, 상기 표시부를 통해 절연 감시 장치(10)의 동작에 따른 다양한 데이터들을 표시할 수 있다. 예를 들어 표시부는 상기 절연 저항 산출부(108)에서 산출되는 절연 저항의, 또는 양의 정상 상태 전압과 음의 정상 상태 전압 및 산출된 전압 진폭 등의 정보를 표시할 수 있다. 한편 상기 절연 감시 장치(10)는 지속적으로 절연 저항의 크기를 산출하므로, 상기 표시부는 그래프의 형태로 시간에 따라 절연 저항의 크기를 나타냄으로써, 상기 절연 저항의 크기 변화를 실시간으로 표시할 수도 있다.

또한 상기 인터페이스(106)는 사용자의 입력을 인가받기 위한 적어도 하나의 입력부를 포함할 수 있다. 일 예로 상기 입력부는 적어도 하나의 하드웨어 키 또는 터치 키를 포함하여 형성될 수 있다. 또는 상기 표시부가 터치 스크린 형태로 구현되는 경우, 상기 표시부를 상기 입력부로 사용할 수도 있다.

한편 인터페이스(106)는 기 설정된 사용자 단말기와 무선 또는 유선 통신을 수행하는 통신부(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 상기 통신부는, 상기 전력선(170)의 지락 사고 발생시 그에 관련된 정보를 상기 사용자 단말기에 통보할 수 있다. 여기서 상기 전력선(170)의 지락 사고는, 상기 절연 감시 장치(10)의 제어부(100)에 의해 검출될 수 있으며, 상기 산출되는 절연 저항의 크기에 따라 검출될 수 있다.

이하의 설명에서는 상술한 도 1의 구성에 따른 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)가 전력선(170)과 접지 사이의 절연 저항 크기를 산출하는 동작 과정을 복수의 흐름도를 참조하여 보다 자세하게 살펴보기로 한다.

먼저 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)에서 절연 저항을 산출하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다. 그리고 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치에서 정상 상태 전압을 측정하기 위한 초기 측정 샘플링 간격이 설정되는 예를 도시한 예시도이다.

먼저 도 2를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)의 제어부(100)는 먼저 신호 생성부(130)를 제어하여 일정한 전압을 가지는 펄스 신호가 생성될 수 있도록 한다(S200). 그러면 신호 생성부(130)는 상기 제어부(100)의 제어에 따라 일정 크기의 양의 전압 또는 음의 전압을 가지는 신호(펄스 신호)를 생성할 수 있으며, 생성된 신호는 커플러 저항(Rc)을 통해 전력선(170)으로 인가될 수 있다.

상기 S200 단계에서 펄스 신호가 생성되면, 제어부(100)는 초기 샘플링 간격(tn0)을 결정할 수 있다(S202). 예를 들어 제어부(100)는 하기 수학식 1에 따라 초기값(tk)을 결정할 수 있으며, 간섭 주파수(Noise Frequency)의 주기와 상기 초기값(tk) 중 큰 값에 따라 상기 초기 샘플링 간격(tn0)을 결정할 수 있다.

Ri는 절연 감시 장치(10)의 내부 저항이며, Cemax는 전력선(170)과 접지 사이에 형성된 커패시터(150)의 최대 커패시턴스임.

여기서 상기 절연 감시 장치(10)의 내부 저항(Ri)은 미리 결정된 값 또는 절연 감시 장치(10)의 내부 저항 실측 결과에 따라 결정될 수 있다. 또한 상기 Cemax는 전력선(170)과 접지 사이에 형성된 커패시터(150)에 따라 결정되는 값으로, 사용자에 의해 미리 결정되는 값일 수 있다. 한편 상기 간섭 주파수(Noise Frequency) 역시 사용자에 의해 미리 추정된 값일 수 있다.

한편 상기 S202 단계에서 초기 샘플링 간격(tn0)이 결정되면, 제어부(100)는 신호 측정부(120)의 검출 저항(Rm)을 통해 검출되는 전압(URm)을 측정할 시작점(t0)을 결정할 수 있다. 제어부(100)는 이전 펄스 신호의 반전이 발생한 이후에 일정 시간이 경과된 시점을 상기 시작점(t0)으로 결정할 수 있다.

한편 시작점(t0)이 결정되면, 제어부(100)는 시작점(t0)으로부터 상기 초기 샘플링 간격(tn0) 만큼 경과된 시점(t1)까지의 샘플링 구간을, 상기 초기 샘플링 간격에 따른 샘플링 구간, 즉 초기 샘플링 구간으로 결정할 수 있다. 그리고 상기 초기 샘플링 구간 동안에 검출되는 전압들을 평균하여 평균 전압(U1, Ui)을 산출하도록 평균 전압 산출부(110)를 제어할 수 있다(S204).

한편 초기 샘플링 구간의 평균 전압(U1)이 산출되면, 제어부(100)는 상기 초기 샘플링 간격(tn0, tni)과, 기 설정된 제1 시간 배수에 근거하여 다음 샘플링 구간(tni+1)을 결정할 수 있다. 여기서 제어부(100)는 초기 샘플링 간격(tn0)에 상기 제1 시간 배수를 곱하여, 다음 샘플링 간격(tn1, tni+1)을 결정할 수 있다. 그리고 t1 시점으로부터 상기 다음 샘플링 간격(tn1) 만큼 경과된 시점(t2)까지의 샘플링 구간 동안에 검출되는 전압들을 평균하여 평균 전압(U2, Ui+1)을 산출하도록 평균 전압 산출부(110)를 제어할 수 있다(S206).

한편 상기 S206 단계에서 제어부(100)는 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)과, 그 이전에 산출된 평균 전압(U1, Ui)의 차이를 산출할 수 있다. 그리고 산출된 차이가 기 설정된 크기, 즉 제1 오차이하인지 여부를 판단할 수 있다(S208). 여기서 상기 제1 오차는 상기 평균 전압의 크기를 비교한 결과에 따라 현재 전압이 안정화된 상태의 전압인지 여부를 판별하기 위한 상대 오차일 수 있다.

일 예로 상기 제1 오차는 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)의 1%에 해당하는 전압일 수 있으며, 이 경우 제어부(100)는 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)과, 그 이전에 산출된 평균 전압(U1, Ui)의 차이가, 상기 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)의 1% 이하인 경우에 상기 신호 측정부(120)에서 검출된 전압이 안정화된 상태라고 판단할 수 있으며, 상기 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)의 1%를 초과하는 경우에 상기 신호 측정부(120)에서 검출된 전압이 안정화되지 않은 상태라고 판단할 수 있다.

한편 상기 S208 단계의 판단 결과, 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)과 그 이전에 산출된 평균 전압(Ui)의 차이가 상기 제1 오차를 초과함에 따라 전압이 안정화되지 않은 상태라고 판단되면, 제어부(100)는 상기 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)과, 그 이전에 산출된 평균 전압(Ui)의 차이에 따라 서로 다른 값을 가지는 시간 배수에 근거하여 다음 샘플링 간격을 결정할 수 있다.

일 예로 제어부(100)는 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)과 그 이전에 산출된 평균 전압(Ui)의 차이가 기 설정된 제2 오차를 초과하는 경우라면, 현재 결정된 샘플링 간격에 상기 제1 시간 배수를 곱하여 상기 다음 샘플링 간격을 결정할 수 있다.

한편 도 3에서 보이고 있는 바와 같이, 전압이 안정화되지 않는 이유는 갑작스러운 전압 변동으로 인한 서지 현상으로 인한 것이므로, 펄스 신호가 반전된 직후 급격히 전압이 증가 또는 감소한 이후에는, 시간이 경과할수록 전압 변화가 적어지며 안정화 상태로 진입하게 된다. 따라서 전압의 변화가 기 설정된 수준 이하인 경우라면, 그만큼 전압이 안정화된 상태에 가까워진 것일 수 있다.

이에 따라 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)과 그 이전에 산출된 평균 전압(Ui)의 차이에 따라 전압이 안정화된 상태에 근접하였는지 여부가 판단될 수 있다. 따라서 제어부(100)는 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)과 그 이전에 산출된 평균 전압(Ui)의 차이가 기 설정된 제2 오차 이하인 경우라면, 전압이 안정화된 상태에 근접한 것으로 판단하고, 현재 결정된 샘플링 간격에 상기 제1 시간 배수 보다 더 작은 값을 가지는 제2 시간 배수를 곱하여 상기 다음 샘플링 간격을 결정할 수 있다.

이처럼 제2 시간 배수를 곱하여 다음 샘플링 간격이 결정되는 경우, 상술한 바와 같이 제2 시간 배수가 제1 시간 배수보다 작은 값을 가지므로, 샘플링 간격이 보다 적게 증가될 수 있다. 따라서 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)과 그 이전에 산출된 평균 전압(Ui)의 차이가 기 설정된 제2 오차 이하인 경우라면, 1 시간 배수에 따라 샘플링 시간이 결정되는 경우보다 샘플링 시간이 보다 짧아질 수 있다.

한편 이처럼 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)과 그 이전에 산출된 평균 전압(Ui)의 차이에 따라 서로 다른 시간 배수를 곱하여 다음 샘플링 간격이 결정되면, 제어부(100)는 결정된 다음 샘플링 간격에 따른 샘플링 구간 동안의 평균 전압을 산출할 수 있다(i=i+1). 이 경우 새로 산출되는 평균 전압이, 현재 산출된 평균 전압(Ui+2, (Ui+1, i=i+1))이 될 수 있다(S210). 여기서 음의 펄스 신호에 따른 전압이 측정되는 경우, 산출되는 평균 전압 역시 음의 값을 가지므로, 상기 평균 전압의 차이는 각 평균 전압의 절대값들의 차이일 수 있다.

그러면 제어부(100)는 다시 S208 단계로 진행하여 현재 산출된 평균 전압(Ui+2)과 그 이전에 산출된 평균 전압(Ui+1, (Ui, i=i+1))의 차이를 산출할 수 있으며, 산출된 차이가 상기 제1 오차 이하인지 여부에 따라 상기 S210 단계를 다시 수행할 수 있다.

한편 상기 S210 단계에서, 산출된 평균 전압의 차이에 따라 서로 다른 시간 배수가 적용되어 샘플링 간격이 다르게 산출되는 동작 과정을, 하기 도 4a 내지 4b를 참조하여 보다 자세하게 살펴보기로 한다.

한편 상기 S208 단계의 비교 결과, 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)과, 그 이전에 산출된 평균 전압(Ui)의 차이가 상기 제1 오차이하인 경우라면, 제어부(100)는 상기 신호 측정부(120)에서 검출된 전압이 안정화된 상태라고 판단할 수 있다.

그러면 제어부(100)는 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)을, 현재 생성된 펄스 신호에 따른 안정화된 상태의 전압으로 결정할 수 있다(S212). 즉, 제어부(100)는, 현재 생성된 펄스 신호가 양의 펄스 신호인 경우라면 상기 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)을 양의 정상 상태 전압으로 결정할 수 있으며, 현재 생성된 펄스 신호가 음의 펄스 신호인 경우라면 상기 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)을 음의 정상 상태 전압으로 결정할 수 있다(S212).

상기 S212 단계에서 현재 생성된 펄스 신호에 따른 정상 상태 전압이 결정되면, 제어부(100)는 양과 음의 펄스 신호 각각에 따른 정상 상태 전압들이 모두 결정되었는지 여부를 검출할 수 있다(S214).

S214 단계의 검출 결과, 양의 펄스 신호 또는 음의 펄스 신호 중 어느 하나에 따른 정상 상태 전압이 검출되지 않은 경우라면, 제어부(100)는 신호 생성부(130)를 제어하여 펄스 신호를 반전시킬 수 있다(S216). 그러면 신호 생성부(130)는 동일한 크기를 가지는 반전된 전압을 가지는 펄스 신호를 전력선(170)에 인가할 수 있으며, 이에 따라 신호 측정부(120)에서 검출되는 전압은 전압 반전으로 인한 서지로 인하여 다시 불안정해질 수 있다.

그러면 제어부(100)는, 반전된 펄스 신호에 따라 상기 S202 단계 내지 S212 단계에 이르는 과정을 다시 반복 수행할 수 있다. 그리고 S214 단계의 검출 결과 양과 음의 펄스 신호 각각에 따른 정상 상태 전압들이 모두 결정된 경우라면, 결정된 정상 상태 전압들에 근거하여 초기 절연 저항을 산출하도록 절연 저항 산출부(108)를 제어할 수 있다(S218).

상기 S218 단계에서, 제어부(100)는 하기 수학식 2에 따라 현재 결정된 정상 상태 전압들의 평균값을 산출할 수 있다. 그리고 수학식 3에 따라 상기 수학식 2를 통해 산출된 평균 정상 상태 전압들에 근거하여 초기 절연 저항을 산출할 수 있다.

여기서 Um은 평균 정상 상태 전압을, 상기 Um1은 양의 펄스 신호에 따른 정상 상태 전압을, Um2는 음의 펄스 신호에 따른 정상 상태 전압을 의미함.

여기서 Re1은 제1 초기 절연 저항을, Up는 펄스 신호의 진폭을, Rm은 검출 저항을, Ri는 절연 감시 장치 내부의 내부 저항을 의미함.

한편 상기 S218 단계를 통해 초기 절연 저항(초기 절연 저항의 크기)이 산출되면, 제어부(100)는 기 설정된 개수 만큼 초기 절연 저항이 산출되었는지 여부를 체크할 수 있다(S220). 그리고 상기 S220 단계의 체크 결과 기 설정된 개수 만큼의 초기 절연 저항들이 산출되지 않은 경우라면, 제어부(100)는 다시 S200 단계로 진행하여, 상기 S200 단계 내지 S218 단계에 이르는 과정을 반복할 수 있다.

반면 상기 S220 단계의 체크 결과 기 설정된 개수 만큼의 초기 절연 저항들이 산출된 경우라면, 제어부(100)는 기 설정된 개수, 즉 복수의 초기 절연 저항에 근거하여 최종 절연 저항을 산출할 수 있다(S222). 여기서 상기 S222 단계는 상기 복수의 초기 절연 저항의 평균값을 산출하는 단계일 수 있다.

한편 상기 S222 단계에서, 최종 절연 저항의 크기가 산출되면, 제어부(100)는 산출된 최종 절연 저항의 크기를 인터페이스(106)를 통해 표시할 수 있다. 그리고 다시 S200 단계로 진행하여, 상기 S200 단계 내지 S222 단계에 이르는 과정을 반복하여, 산출되는 절연 저항 크기에 따라 상기 전력선(170)과 접지 사이의 절연 상태를 모니터링(monitoring)할 수 있다.

한편 도 4a는, 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)가, 평균 전압들 간의 차이에 따라 다음 샘플링 구간의 샘플링 간격을 결정하는 과정을 보다 자세하게 도시한 흐름도이다. 그리고 도 4b는 제2 시간 배수에 근거하여 샘플링 간격이 결정되는 예를, 도 4c는 제2 시간 배수에 근거하여 샘플링 간격이 결정되는 예를 도시한 예시도이다.

먼저 도 4a를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)의 제어부(100)는 도 2의 S208 단계의 판단 결과, 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)과 이전 산출된 평균 전압(Ui)의 차이가, 상기 제1 오차를 초과하는 경우라면, 상기 산출된 평균 전압의 차이가 제2 오차를 초과하는지 또는 상기 제2 오차 미만인지 여부를 검출할 수 있다(S400).

여기서 상기 제2 오차는, 현재 평균 전압이 산출된 시점이, 전압이 안정화되는 시점으로부터 인접하였는지 그렇지 않은지 여부를 판단하기 위한 척도일 수 있다. 즉, 도 3에서 보이고 있는 바와 같이 펄스 신호가 반전된 직후 급격히 전압이 증가 또는 감소한 이후에는, 시간이 경과할수록 전압 변화가 적어지며 안정화 상태로 진입하게 되므로, 전압의 변화가 기 설정된 수준 이하인 경우라면, 그만큼 전압이 안정화된 상태에 가까워진 것으로 판단할 수 있다.

이에 따라 제어부(100)는 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)과 이전 산출된 평균 전압(Ui)의 차이가, 상기 제2 오차 이하인지 여부에 근거하여, 현재 평균 전압이 산출된 시점이, 전압이 안정화되는 시점으로부터 인접하였는지 여부를 판단할 수 있다. 즉, 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)과 이전 산출된 평균 전압(Ui)의 차이가 상기 제2 오차이하인 경우라면, 제어부(100)는 현재 평균 전압이 산출된 시점이, 전압이 안정화되는 시점에 충분히 인접한 것으로 판단할 수 있다.

따라서 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)과 이전 산출된 평균 전압(Ui)의 차이가, 상기 제2 오차 미만인 경우라면, 제어부(100)는 기 설정된 제1 시간 배수보다 더 작은 값을 가지는 제2 시간 배수를, 현재 평균 전압의 산출이 완료된 샘플링 구간의 샘플링 간격(tni-1)에 곱하여 다음 차례의 샘플링 간격(tni, i=i+1)을 결정할 수 있다(S404).

상기 제1 시간 배수와 상기 제2 시간 배수는, 1보다 큰 값을 가질 수 있으며, 본 발명과 관련되어 수행된 복수의 실험 결과에 따라 결정될 수 있다. 바람직하게 상기 제1 시간 배수는 1.66으로 설정될 수 있으며, 이 경우 제2 시간 배수는 상기 제1 시간 배수보다 작은 1.33으로 설정될 수 있다. 이하의 설명에서는 설명의 편의상 상기 제1 시간 배수가 1.66의 값을 가지는 것으로 가정하고, 상기 제2 시간 배수가 1.33의 값을 가지는 것을 가정하기로 한다.

그러나 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님은 물론이며, 이에 따라 상기 제1 시간 배수는 1보다 큰 값을 가지는 한도 내에서 얼마든지 다른 값을 가질 수 있으며, 제2 시간 배수 역시, 1보다 큰 값을 가지는 한도 내에서, 얼마든지 상기 제1 시간 배수보다 작은 다른 값을 가질 수 있다.

한편 도 4b는 이처럼 제1 시간 배수가 1.66의 값을 가지고, 제2 시간 배수가 1.33의 값을 가지는 경우에, 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)과 이전 산출된 평균 전압(Ui)의 차이가, 상기 제2 오차 이하인 경우를 도시한 것이다.

도 4b를 참조하여 살펴보면, 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)과 이전 산출된 평균 전압(Ui)의 차이가, 상기 제2 오차 이하인 경우, 제어부(100)는 도 4a의 S404 단계로 진행하여, 다음 샘플링 간격(tni+2)을, 현재 샘플링 간격(tni+1)에 상기 제2 시간 배수, 즉 1.33을 곱하여 결정할 수 있다. 따라서 도 4b에서 보이고 있는 바와 같이, 다음 샘플링 간격(tni+2)에 따른 샘플링 구간이 경과하여 평균 전압이 비교된 이후에, 양의 펄스 신호에 따른 정상 상태 전압(Um1)이 결정될 수 있다. 그러면 제어부(100)는 도 2의 S216 단계에서 펄스 신호를 반전시킬 수 있으므로, 반전시점(450)에서 펄스 신호 반전이 이루어질 수 있다.

한편 도 4c는, 도 4b와 달리 고정된 제1 시간 배수에 따라 샘플링 간격이 결정되는 경우를 보이고 있는 것이다.

이 경우 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)과 이전 산출된 평균 전압(Ui)의 차이가, 상기 제2 오차 이하인 경우, 제어부(100)는 다음 샘플링 간격(tni+2)을, 현재 샘플링 간격(tni+1)에 상기 제1 시간 배수, 즉 1.66을 곱하여 결정할 수 있다. 따라서 도 4c에서 보이고 있는 바와 같이, 다음 샘플링 간격(tni+2)에 따른 샘플링 구간이 경과하여 평균 전압이 비교된 이후에, 양의 펄스 신호에 따른 정상 상태 전압(Um1)이 결정될 수 있다. 이 경우 도 4c에서 보이고 있는 바와 같이 제1 시간 배수는 제2 시간 배수보다 큰 값을 가지므로, 상기 다음 샘플링 간격(tni+2)이 더 크게 결정되며, 이에 따라 펄스 반전이 이루어지는 반전시점(450)은 더 늦어질 수 있다.

한편 제어부(100)는 상기 도 4a의 S400 단계의 검출 결과, 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)과 이전 산출된 평균 전압(Ui)의 차이가 상기 제2 오차를 초과하는 경우라면, 제어부(100)는 현재 평균 전압이 산출된 시점이, 전압이 안정화되는 시점에 인접하지 않은 것으로 판단할 수 있다. 그러면 제어부(100)는 기 설정된 제1 시간 배수를, 현재 평균 전압의 산출이 완료된 샘플링 구간의 샘플링 간격(tni-1)에 곱하여 다음 차례의 샘플링 간격(tni, i=i+1)을 결정할 수 있다(S402).

한편 상기 S402 단계 또는 S404 단계에서 다음 샘플링 간격(tni, i=i+1)이 결정되면, 제어부(100)는 결정된 샘플링 간격에 따른 시점(ti)에서 상기 S402 단계 또는 S404 단계에서 결정된 샘플링 간격이 경과된 시점(ti+1) 사이의 샘플링 구간의 평균 전압(Ui+1)을 산출하도록 평균 전압 산출부(110)를 제어할 수 있다(S406). 그리고 다시 도 2의 S208 단계로 진행하여, 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)과 그 이전에 산출된 평균 전압(Ui)의 차이를 산출할 수 있다.

한편 도 2의 S208 단계에서는, 상기 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)과 그 이전에 산출된 평균 전압(Ui)의 차이에 따라, 전압이 안정화된 상태에 근접하였는지 여부가 다시 판단될 수 있다. 따라서 제어부(100)는 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)과 그 이전에 산출된 평균 전압(Ui)의 차이가 기 설정된 제2 오차 이하인 경우라면, 전압이 안정화된 상태에 근접한 것으로 판단하고, 현재 결정된 샘플링 간격에 상기 제1 시간 배수 보다 더 작은 값을 가지는 제2 시간 배수를 곱하여 상기 다음 샘플링 간격을 결정할 수 있다.

한편 상기 제2 오차는, 상기 제1 오차보다 더 큰 값을 가질 수 있도록, 상기 제1 오차보다 더 큰 비율값을 가질 수 있다. 일 예로 상기 제1 오차가 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)의 1%로 결정된 경우라면, 상기 제2 오차는 1% 보다 더 큰 5%로 결정될 수 있다. 이러한 상기 제2 오차는 본 발명과 관련되어 수행된 복수의 실험 결과에 따라 결정되는 값으로서, 얼마든지 5% 보다 더 크거나 작은 값을 가질 수 있다.

한편 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)의 제어부(100)는 초기 샘플링 간격(tn0)을, 신호 측정부(120)에서 측정되는 전압의 기울기에 따라 결정할 수도 있다. 한편 측정되는 전압의 기울기는 RC(Resister Capacitance) 시정수에 따라 달라질 수 있으므로, 기울기를 반영하여 RC 시정수를 예측할 수 있다. 즉 예측된 RC 시정수에 근거하여 서로 다르게 초기 샘플링 간격(tn0)을 결정할 수 있으므로, 보다 적합한 초기 샘플링 간격을 결정할 수 있다.

도 5는 이처럼 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)가, 초기 샘플링 간격을, 측정되는 전압의 기울기를 반영하여 결정하는 과정을 보다 자세하게 도시한 흐름도이다. 그리고 도 6은, 도 5의 과정에 따라 산출된 전압 기울기 비율에 근거하여 초기 샘플링 간격이 결정되는 예를 도시한 예시도이다.

먼저 도 5를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)의 제어부(100)는 상기 수학식 1에 따라 초기값(tk)을 결정할 수 있다(S500). 그리고 간섭 주파수(Noise Frequency)의 주기를 산출할 수 있다(S502). 여기서 간섭 주파수는 사용자에 의해 미리 추정된 값일 수 있다. 그리고 간섭 주파수의 주기가 산출되면, 제어부(100)는 상기 초기값(tk)과 간섭 주파수의 주기 중 더 큰 값을 제1 샘플링 간격으로 결정할 수 있다(S504).

한편 S504 단계에서 제1 샘플링 간격이 결정되면, 제어부(100)는 전압의 기울기를 산출할 초기 간격 결정 시점(S0)을 결정할 수 있다. 여기서 상기 초기 간격 결정 시점은, 펄스 신호가 반전된 시점 이후로부터 기 설정된 시간이 경과된 시점일 수 있다. 또한 상기 기 설정된 시간은 본 발명과 관련된 복수의 실험에 따라 가장 적합한 것으로 확인된 시간일 수 있다.

한편 초기 간격 결정 시점(S0)이 결정되면, 제어부(100)는 상기 초기 간격 결정 시점(S0)으로부터, 상기 초기 간격 결정 시점(S0)을 포함하는, 상기 제1 샘플링 간격(600)에 따른 복수의 간격 설정 시점(S0 내지 S3)을 설정할 수 있다(S506).

그리고 제어부(100)는 기 설정된 개수, 즉 복수의 제1 샘플링 간격(600)들을 포함하는 간격 설정 시점들 사이의 전압차에 따른 제1 기울기를 산출할 수 있다(S508). 이를 도 6의 (a)를 참조하여 살펴보면, 상기 기 설정된 개수가 2개인 경우, 제어부(100)는 먼저 초기 간격 결정 시점(S0)으로부터 2개의 샘플링 간격(600)을 포함하는 제2 간격 설정 시점(S2)을 검출할 수 있다. 그리고 초기 간격 설정 시점(S0)에서 검출된 전압과 상기 제2 간격 설정 시점(S2)에서 검출된 전압의 차이에 근거하여 상기 제1 기울기(601)를 산출할 수 있다.

그리고 제어부(100)는 기 설정된 개수, 즉 복수의 제1 샘플링 간격(600)들을 포함하는 다른 간격 설정 시점들 사이의 전압차에 따른 제2 기울기를 산출할 수 있다(S510). 이를 도 6을 참조하여 살펴보면, 상기 기 설정된 개수가 2개인 경우, 제어부(100)는 다른 초기 간격 결정 시점, 즉 제1 간격 설정 시점(S1)으로부터 2개의 샘플링 간격(600)을 포함하는 제3 간격 설정 시점(S3)을 검출할 수 있다. 그리고 제1 간격 설정 시점(S1)에서 검출된 전압과 상기 제3 가격 설정 시점(S3)에서 검출된 전압의 차이에 근거하여 상기 제2 기울기(602)를 산출할 수 있다.

한편 상기 S508 단계와 S510 단계를 통해 제1 기울기(601) 및 제2 기울기(602)가 산출되면, 제어부(100)는 산출된 기울기들 간의 비율(기울기 비, Slope Ratio)을 산출할 수 있다(S512). 예를 들어 제어부(100)는 제1 기울기에 대한 제2 기울기의 비율을 산출할 수 있으며, 산출하여 상기 기울기 비를 산출할 수 있다.

한편 상기 S512 단계에서 기울기 비가 산출되면, 제어부(100)는 미리 설정된 복수의 샘플링 간격들 중, 상기 S512 단계에서 산출된 기울기 비에 대응하는 어느 하나의 샘플링 간격을 검출할 수 있다. 그리고 검출된 샘플링 간격에 따라 초기 샘플링 간격(tn0)을 결정할 수 있다(S514).

여기서 상기 미리 설정된 복수의 샘플링 간격들은, 복수의 서로 다른 RC 시정수(610)에 각각 대응하도록 미리 결정된 것일 수 있다. 또한 도 6의 (b)에서 보이고 있는 바와 같이, 서로 다른 RC 시정수(도 6의

)에 각각 대응하는 기울기 비가 미리 결정될 수 있다. 이를 위해 메모리(104)는 서로 다른 기울기 비에 각각 대응하는 복수의 RC 시정수(

)의 정보 및, 서로 다른 RC 시정수(

)들의 정보에 각각 대응하는 복수의 샘플링 간격에 대한 정보를 포함할 수 있다.

이에 따라 제어부(100)는 상기 S512 단계에서 산출된 기울기 비에 대응하는 RC 시정수(

)를 검출할 수 있으며, 기 설정된 복수의 샘플링 간격 중에서 상기 검출된 RC 시정수(

)에 대응하는 어느 하나의 샘플링 간격을 검출하여 상기 초기 샘플링 간격(tn0)을 결정할 수 있다.

한편 상술한 도 2의 설명에서는, 복수의 초기 절연 저항이 산출되면 S222 단계에서 복수의 절연 저항들에 근거하여 최종 절연 저항을 산출하는 것을 설명하였다. 그러나 상기 복수의 절연 저항 사이의 차이가, 기 설정된 임계값 이상인 경우, 제어부(100)는 현재 산출된 초기 절연 저항들에 따른 최종 절연 저항을 산출하지 않을 수도 있다.

도 7은 이러한 경우에 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)가, 도 2의 과정에 따라 산출된 기 설정된 개수의 초기 절연 저항에 근거하여 최종 절연 저항을 산출하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.

도 7을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)는 먼저 기 설정된 개수, 즉 복수의 초기 절연 저항 값들 사이의 차이를 산출할 수 있다(S700). 예를 들어 상기 기 설정된 개수가 2개인 경우라면, 제어부(100)는 제1 초기 절연 저항(Re1)과, 상기 제1 초기 절연 저항(Re1)이 산출된 이후에 연이어서 산출된 제2 초기 절연 저항(Re2) 간의 차이값을 산출할 수 있다.

한편 복수의 초기 절연 저항 값들 사이의 차가 기 설정된 임계값을 초과하는 경우라면, 제어부(100)는 간섭 주파수(Frequency noise)를 기 설정된 비율에 따라 변경할 수 있다(S710).

일 예로 제어부(100)는 간섭 주파수를 50% 줄일 수 있으며, 줄어든 간섭 주파수에 근거하여 초기 절연 저항을 다시 산출할 수 있다. 이 경우 간섭 주파수가 1/2로 줄어듬에 따라, 간섭 주파수의 주기가 2배로 늘어남으로, 초기 샘플링 간격(tn0)이 간섭 주파수 주기의 크기에 따라 변경될 수 있다.

일 예로 간섭 주파수 주기의 크기가 2배로 증가함으로써, 상기 수학식 1에서 산출되는 초기값(tk) 보다 커질 수 있다. 이 경우 초기 샘플링 간격(tn0)이 간섭 주파수 주기의 크기로 결정될 수 있다.

또는 도 5 및 도 6을 참조하여 살펴보면, 간섭 주파수 주기의 크기가 상기 초기값(tk)보다 커지는 경우, 제1 샘플링 간격(600)이 상기 증가된 간섭 주파수 주기로 변경될 수 있다. 따라서 제1 샘플링 간격(600)에 따라 결정되는 간격 설정 시점들이 변경될 수 있으며, 이에 따라 기울기 비를 산출하기 위한 기울기들이 변경될 수 있다. 이 경우 기울기 비가 변경되면 RC 시정수가 변경될 수 있으므로, RC 시정수에 대응하여 결정되는 초기 샘플링 간격(tn0) 역시 변경될 수 있다.

한편 제어부(100)는 간섭 주파수가 변경되면, 상기 도 2의 과정을 다시 수행할 수 있다. 그리고 기 설정된 개수의 초기 절연 저항이 다시 산출되면, 다시 도 7의 S700 단계에서 초기 절연 저항들 간의 차이를 산출하고, 그 차이가 임계값을 초과하는지 여부를 다시 판단할 수 있다.

한편 상술한 설명에서는, 상기 간섭 주파수의 감소 비율이 50%임을 가정하여 설명하였으나, 이는 설명의 편의상 가정할 것일 뿐 본 발명이 이애 한정되는 것이 아님은 물론이다. 즉, 얼마든지 50% 외에 다른 감소 비율에 따라 간섭 주파수가 감소될 수 있음은 물론이다.

한편 복수의 초기 절연 저항 값들 사이의 차가 기 설정된 임계값 이하인 경우라면, 제어부(100)는 현재 산출된 기 설정된 개수의 초기 절연 저항들에 근거하여 최종 절연 저항을 산출할 수 있다(S706). 예를 들어 제어부(100)는 상기 기 설정된 개수의 초기 절연 저항들의 평균을 산출하여, 상기 최종 절연 저항을 산출할 수 있다.

한편 상기 최종 절연 저항이 산출되는 경우, 제어부(100)는 현재 설정된 간섭 주파수의 크기가 기 설정된 최소값 미만인지 여부를 체크할 수 있다(S706). 예를 들어 상기 S710 단계에서 살펴본 바와 같이, 기 설정된 개수의 초기 절연 저항들 간의 차이가 기 설정된 임계값을 초과하는 경우에는 간섭 주파수를 줄이고, 줄어든 간섭 주파수에 근거하여 기 설정된 개수의 초기 절연 저항들을 다시 검출하므로, 검출된 초기 절연 저항들 간의 차이에 따라 간섭 주파수의 크기가 계속 줄어들 수 있다. 그리고 줄어든 간섭 주파수에 따른 초기 절연 저항들이 검출될 수 있다.

한편, 최종 절연 저항이 산출되는 경우, 상기 S706 단계의 체크 결과 현재 설정된 간섭 주파수의 크기가 기 설정된 최소값 미만인 경우라면, 제어부(100)는 기 설정된 최소값에 따라 간섭 주파수를 결정할 수 있다(S708). 이에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)에서는, 최종 절연 저항이 산출되는 경우, 간섭 주파수가 기 설정된 최소값 이상의 주파수로 결정될 수 있다. 그리고 제어부(100)는 상기 도 2의 과정을 다시 수행하여, 전력선(170)과 접지 사이의 절연 상태를 지속적으로 모니터링 할 수 있다.

한편 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)는 신호 측정부(120)에서 검출되는 전압의 노이즈를 제거하기 위한 필터 및 절연 감시 장치(10) 내부에서 디지털 값으로 변환된 측정 전압의 노이즈를 제거하기 위한 적어도 하나의 필터를 더 포함할 수 있다. 도 8 내지 도 9는 이처럼 적어도 하나의 필터들을 더 포함하는 경우의 실시 예에 따른 절연 감시 장치의 구조를 도시한 블록도들이다.

먼저 도 8을 참조하여 살펴보면, 신호 측정부(120)는 검출 저항(Rm)의 양단에서 검출되는 전압의 노이즈를 제거하기 위한 필터로서, 상기 검출 저항(Rm)의 양단과 AMP(810) 사이에 형성되는 제1 아날로그(analog) 필터(850)를 포함할 수 있다. 또한 AMP(810)와 ADC(102) 사이에 형성되는 제2 아날로그 필터(860)를 포함하여 구성될 수 있다.

이 경우 제1 아날로그 필터(850)는 검출 저항(Rm)으로부터 검출되는 전압의 노이즈를 제거할 수 있으며, 제2 아날로그 필터(860)는 AMP(810)를 통해 증폭된 신호 측정부(120)의 측정 전압 노이즈를 제거할 수 있다. 이에 따라 제1 아날로그 필터(850)에서 제거되지 않은 미세한 노이즈가, AMP(810)를 통해 증폭된 경우, 제2 아날로그 필터(860)를 통해 제거함으로써 보다 정확한 측정 전압이 ADC(102)에 입력될 수 있다.

한편 상기 제1 아날로그 필터(850) 및 제2 아날로그 필터(860)는 하드웨어(hardware) 필터일 수 있으며, 통과 대역, 차단 대역, 롤 오프(roll off), 위상지연 특성 등이 서로 다르게 형성된 필터일 수 있다.

한편 도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 디지털 필터를 더 포함하는 ADC(102)를 포함하는 절연 감시 장치의 구성을 도시한 블록도이다.

도 9를 참조하여 살펴보면, ADC(102)는 절연 감시 장치(10) 내부에 존재하는 노이즈를 제거하기 위한 필터로서, AMP(810)에 증폭된 아날로그 측정값을 디지털 값으로 변환하는 변환부(900)와 제어부(100) 사이에 형성되는 디지털 필터(910)를 포함할 수 있다.

상기 디지털 필터(910)는, 상기 변환부(900)와 제어부(100) 사이에서 상기 제어부(100)에 입력되는 전압 측정값들에 대한 잡음을 제거함으로써, 상기 절연 감시 장치(10) 내부의 잡음을 제거할 수 있다. 상기 디지털 필터(910)는 소프트웨어 필터 일 수 있으며, 상기 절연 감시 장치(10) 내부에 존재하는 노이즈 성분의 특성에 따라 차단 주파수, 차수 등 필터의 속성이 변경될 수 있다.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 특히 본 발명의 실시 예에서는 제1 오차가 현재 산출된 평균 전압의 1%, 제2 오차가 현재 산출된 평균 전압의 5%인 경우를 예로 들었으나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다.

또한 본 발명의 실시 예에서는 제1 시간 배수를 1.66으로 가정하고, 제2 시간 배수를 1.33으로 가정하였으나, 이 역시 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다.

또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석 되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 절연 감시 장치
100 : 제어부 102 : ADC
104 : 메모리 106 : 인터페이스
108 : 절연저항 산출부 110 : 평균 전압 산출부
120 : 신호 측정부 130 : 신호 생성부
140 : 절연 저항 150 : 커패시터
160 : 절연 임피던스 170 : 전력선

Claims (19)

1. 계통의 전력선과 접지 사이에 형성된 절연 저항을 포함하는 절연 감시 장치에 있어서,
   상기 전력선에 일정 크기의 전압을 가지는 펄스(pulse) 신호를 인가하는 신호 생성부;
   상기 접지에 연결되며, 상기 전력선에 인가된 펄스 신호가 상기 절연 저항을 통해 접지에 인가될 때에, 상기 접지로부터 상기 인가된 펄스 신호의 전압을 측정하는 신호 측정부;
   설정된 샘플링 간격에 따른 샘플링 구간 동안 상기 신호 측정부에서 측정되는 전압들의 평균 전압을 산출하는 평균 전압 산출부; 및,
   초기 샘플링 간격과 기 설정된 시간 배수에 근거하여 샘플링 간격을 산출하고, 산출된 샘플링 간격에 따른 샘플링 구간 동안의 평균 전압을 산출하도록 상기 평균 전압 산출부를 제어하며, 산출된 제1 평균 전압과, 상기 제1 평균 전압 이전에 산출된 제2 평균 전압의 차이가 기 설정된 제1 오차 범위 이내인지 여부에 따라 상기 제1 평균 전압을 정상 상태 전압으로 검출하거나, 상기 제1 평균 전압과 상기 제2 평균 전압의 차이에 따라 서로 다른 시간 배수를 적용하여 상기 샘플링 간격을 갱신하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 제1 평균 전압과 상기 제2 평균 전압의 차이가, 기 설정된 제2 오차 범위를 초과하는 경우, 제1 시간 배수에 따라 다음 평균 전압을 산출할 샘플링 구간의 샘플링 간격을 갱신하고,
   상기 제1 평균 전압과 상기 제2 평균 전압의 차이가, 기 설정된 제2 오차 범위 이하인 경우, 제2 시간 배수에 따라 상기 다음 평균 전압을 산출할 샘플링 구간의 샘플링 간격을 갱신하며,
   상기 제2 시간 배수는,
   상기 제1 시간 배수보다 작은 값을 가지며,
   상기 제2 오차 범위는,
   상기 제1 오차 범위보다 큰값을 가지는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 시간 배수와 제2 시간 배수는
   각각 1.66 및 1.33 이며,
   상기 제1 오차 범위와 제2 오차 범위는,
   각각 상기 제2 평균 전압의 1% 및 5%임을 특징으로 하는 절연 감시 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 절연 감시 장치의 내부 저항에 따라 산출되는 초기값과, 기 설정된 간섭 주파수(Noise Frequency)의 주기 중 큰 값에 따라 상기 초기 샘플링 간격을 결정하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치.
5. 제1항에 있어서,
   복수의 서로 다른 시정수에 대응하는 서로 다른 샘플링 간격들의 정보가 저장된 메모리를 더 포함하며,
   상기 제어부는,
   상기 절연 감시 장치의 내부 저항에 따라 산출되는 초기값과, 기 설정된 간섭 주파수(Noise Frequency)의 주기 중 큰 값에 따라 제1 샘플링 간격을 산출하고,
   상기 제1 샘플링 간격에 근거하여 상기 신호 측정부에서 측정되는 전압의 기울기를 산출할 복수의 간격 설정 시점을 결정하며,
   복수의 제1 샘플링 간격들을 포함하는 간격 설정 시점들 사이의 전압차에 따른 제1 기울기와, 상기 복수의 제1 샘플링 간격을 포함하는 다른 간격 설정 시점들 사이의 전압차에 따른 제2 기울기의 비율을 산출하고,
   산출된 기울기의 비율에 대응하는 시정수에 근거하여, 상기 서로 다른 샘플링 간격들 중 어느 하나를 상기 초기 샘플링 간격으로 결정하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 제1 평균 전압이 상기 인가된 펄스 신호의 종류에 따른 정상 상태 전압으로 결정되면,
   기 결정된 다른 종류의 펄스 신호의 종류에 따른 정상 상태 전압이 있는지 여부에 따라 상기 펄스 신호를 상기 다른 종류의 펄스 신호로 반전하도록 상기 신호 생성부를 제어하고, 상기 다른 종류의 펄스 신호에 따른 정상 상태 전압을 검출하도록 상기 신호 측정부와 상기 평균 전압 산출부를 제어하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 기 결정된 다른 종류의 펄스 신호의 종류에 따른 정상 상태 전압이 있는 경우, 서로 다른 종류의 펄스 신호에 따른 정상 상태 전압들에 근거하여 상기 절연 저항의 크기를 산출하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 제어부는,
   기 설정된 개수의 절연 저항 크기들이 산출되었는지 체크하고, 기 설정된 개수 미만의 절연 저항 크기들이 산출된 경우, 절연 저항의 크기를 다시 산출하도록 상기 신호 생성부와 신호 측정부 및 상기 평균 전압 산출부를 제어하고,
   상기 체크 결과 기 설정된 개수의 절연 저항 크기들이 산출된 경우, 상기 산출된 절연 저항 크기들의 평균값을 산출하여, 상기 절연 저항의 최종 크기를 결정하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 기 설정된 개수의 절연 저항 크기들이 산출되면, 산출된 절연 저항 크기들 간의 차이를 산출하고, 산출된 차이가 기 설정된 임계값을 초과하는 경우, 간섭 주파수를 기 설정된 비율에 따라 변경 및 변경된 간섭 주파수에 따라 상기 기 설정된 개수의 절연 저항 크기들을 다시 산출하도록 상기 신호 생성부와 신호 측정부 및, 상기 평균 전압 산출부를 제어하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 기 설정된 개수의 절연 저항 크기들의 평균값에 근거하여 상기 절연 저항의 최종 크기가 최종 결정되면, 상기 간섭 주파수의 크기가 기 설정된 최소값 미만인지 여부를 체크하고,
    상기 간섭 주파수의 크기가 기 설정된 최소값 미만인 경우 상기 간섭 주파수의 크기를 최소값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 신호 측정부는,
    검출 저항;
    상기 검출 저항 양단에 걸리는 전압차를 증폭하기 위한 증폭부;
    상기 증폭부에서 증폭된 전압차를 디지털 전압값으로 변환하여 상기 제어부로 입력하는 ADC(Analog Digital Converter); 및,
    상기 검출 저항과 상기 증폭부 사이에 형성되며, 상기 검출 저항의 양단에 걸리는 전압의 노이즈를 제거하기 위한 제1 아날로그 필터와, 상기 증폭부와 상기 ADC 사이에 연결되며 상기 증폭부에서 증폭된 전압차의 노이즈를 제거하기 위한 제2 아날로그 필터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 ADC는,
    상기 증폭된 전압차를 디지털 전압값으로 변환하는 변환부; 및,
    상기 변환부와 상기 제어부 사이에 형성되며, 상기 제어부에 입력되는 디지털 전압값들에 대한 잡음을 제거하는 디지털 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치.
13. 계통의 전력선과 접지 사이에 형성된 절연 저항을 포함하는 절연 감시 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 전력선에 일정 크기의 전압을 가지는 펄스(pulse) 신호를 인가하는 단계;
    초기 샘플링 간격을 결정하는 단계;
    결정된 초기 샘플링 간격에 따라 샘플링 간격을 산출하고, 산출된 샘플링 간격에 따른 샘플링 구간 동안의 평균 전압을 산출 및, 제1 시간 배수에 따라 갱신된 샘플링 간격에 따른 샘플링 구간 동안의 평균 전압을 산출하는 단계;
    현재 산출된 제1 평균 전압과, 상기 제1 평균 전압 이전에 측정된 제2 평균 전압의 차이가 기 설정된 제1 오차 범위 이내인지 여부를 검출하는 단계;
    상기 제1 평균 전압과 상기 제2 평균 전압의 차이가 상기 제1 오차 범위 이내인지 여부를 검출한 결과에 따라, 상기 제1 평균 전압을 상기 인가된 펄스 신호에 따른 정상 상태의 전압으로 식별하거나, 상기 제1 평균 전압과 상기 제2 평균 전압의 차이에 따라 서로 다른 시간 배수를 적용하여 상기 샘플링 간격을 갱신하는 단계;
    상기 갱신된 샘플링 간격에 따른 샘플링 구간 동안의 평균 전압을 산출 및, 상기 정상 상태의 전압이 식별될 때까지 상기 제1 평균 전압과 상기 제2 평균 전압의 차이가 상기 제1 오차 범위 이내인지 여부를 검출하는 단계 내지 상기 샘플링 간격을 갱신하는 단계를 반복 수행하는 단계;
    상기 정상 상태의 전압이 식별되면, 기 식별된 다른 종류의 펄스 신호의 종류에 따른 정상 상태 전압이 있는지를 검출하는 단계;
    상기 정상 상태 전압이 있는지 여부를 검출한 결과, 기 식별된 다른 종류의 펄스 신호가 없는 경우, 상기 다른 종류의 펄스 신호로 펄스 신호를 반전하고, 상기 초기 샘플링 간격을 결정하는 단계 내지 상기 반복 수행하는 단계를 반복하여 상기 다른 종류의 펄스 신호에 따른 정상 상태 전압을 식별하는 단계; 및,
    상기 정상 상태 전압이 있는지 여부를 검출한 결과, 기 식별된 다른 종류의 펄스 신호가 있는 경우, 서로 다른 종류의 펄스 신호에 따른 정상 상태 전압들에 근거하여 상기 절연 저항의 크기를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치의 제어 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 샘플링 간격을 갱신하는 단계는,
    상기 제1 평균 전압과 상기 제2 평균 전압의 차이가, 기 설정된 제2 오차 범위를 초과하는 경우, 제1 시간 배수에 따라 상기 샘플링 간격을 갱신하는 단계; 및,
    상기 제1 평균 전압과 상기 제2 평균 전압의 차이가, 기 설정된 제2 오차 범위 이하인 경우, 제2 시간 배수에 따라 상기 샘플링 간격을 갱신하는 단계를 포함하며,
    상기 제2 시간 배수는,
    상기 제1 시간 배수보다 작은 값을 가지며,
    상기 제2 오차 범위는,
    상기 제1 오차 범위보다 큰 값을 가지는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치의 제어 방법.
15. 제13항에 있어서, 상기 초기 샘플링 간격을 결정하는 단계는,
    상기 절연 감시 장치의 내부 저항에 따라 산출되는 초기값과, 기 설정된 간섭 주파수(Noise Frequency)의 주기 중 큰 값에 따라 상기 초기 샘플링 간격을 산출하는 단계임을 특징으로 하는 절연 감시 장치의 제어 방법.
16. 제13항에 있어서, 상기 초기 샘플링 간격을 결정하는 단계는,
    상기 절연 감시 장치의 내부 저항에 따라 산출되는 초기값과, 기 설정된 간섭 주파수(Noise Frequency)의 주기 중 큰 값에 따라 제1 샘플링 간격을 산출하는 단계;
    상기 제1 샘플링 간격에 근거하여 복수의 간격 설정 시점을 결정하는 단계;
    복수의 제1 샘플링 간격들을 포함하는 간격 설정 시점들 사이의 전압차에 따른 제1 기울기와, 상기 복수의 제1 샘플링 간격을 포함하는 다른 간격 설정 시점들 사이의 전압차에 따른 제2 기울기의 비율을 산출하는 단계; 및,
    산출된 기울기의 비율에 대응하는 시정수에 근거하여, 기 설정된 서로 다른 샘플링 간격들 중 어느 하나를 상기 초기 샘플링 간격으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치의 제어 방법.
17. 제13항에 있어서,
    기 설정된 개수의 절연 저항 크기들이 산출되었는지 체크하는 단계;
    기 설정된 개수 미만의 절연 저항 크기들이 산출된 경우, 상기 펄스 신호를 인가하는 단계 내지 상기 절연 저항의 크기를 산출하는 단계를 반복하여 절연 저항의 크기를 다시 산출하는 단계; 및,
    기 설정된 개수의 절연 저항 크기들이 산출된 경우, 상기 산출된 절연 저항 크기들의 평균값을 산출하여, 상기 절연 저항의 최종 크기를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치의 제어 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 절연 저항의 최종 크기를 결정하는 단계는,
    상기 산출된 절연 저항 크기들 간의 차이를 산출하는 단계;
    상기 절연 저항 크기들 간에 산출된 차이가 기 설정된 임계값을 초과하는 경우, 간섭 주파수를 기 설정된 비율에 따라 변경하는 단계; 및,
    변경된 간섭 주파수에 따라 상기 기 설정된 개수의 절연 저항 크기들을 다시 산출하도록 상기 펄스 신호를 인가하는 단계 내지 상기 절연 저항의 크기를 산출하는 단계를 반복 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치의 제어 방법.
19. 제17항에 있어서, 상기 절연 저항의 최종 크기를 결정하는 단계는,
    상기 절연 저항의 최종 크기가 산출되면, 간섭 주파수의 크기가 기 설정된 최소값 미만인지 여부를 검출하는 단계; 및,
    상기 간섭 주파수의 크기가 기 설정된 최소값 미만인지 여부에 따라 상기 간섭 주파수의 크기를 상기 최소값으로 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치의 제어 방법.

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