KR102214120B1 - 시정수 예측에 따른 적응형 튜닝을 제공하는 절연 감시 장치 및 그 장치의 제어 방법 - Google Patents

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김평중
홍종필
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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 산출된 제2 평균 전압의 차이를 비교하는 튜닝 과정을 수행하고, 상기 평균 전압의 차이가 기 설정된 오차 범위 이내인 경우 샘플링 시작 시점으로부터 경과된 시간이 일정 시간 이상인지 여부에 따라 상기 제2 평균 전압을 정상 상태 전압으로 검출하거나, 상기 튜닝 과정을 다시 수행하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

시정수 예측에 따른 적응형 튜닝을 제공하는 절연 감시 장치 및 그 장치의 제어 방법{IMD(INSULATION MONITORING DEVICE) PROVIDES ADAPTIVE TUNING BASED ON TIME CONSTANT PREDICTION AND METHOD FOR CONTROLLING THEREOF}
본 발명은 비접지(IT : Insulation Terra) 전력 계통에서 지락 사고 등을 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.
이러한 통상적인 절연 감시 장치는, 정상 상태의 전압을 검출하기 위해 고정된 시간 배수에 따라 점차적으로 샘플링 시간을 늘려가며 샘플링 구간들을 결정하고, 각 샘플링 구간에서 산출된 평균 전압의 차이가 기 설정된 오차 이하인 경우에 현재 샘플링 구간에서 산출된 평균 전압을 정상 상태의 전압으로 검출하는 구성을 가진다.
그런데 이처럼 평균 전압의 차이만으로 정상 상태의 전압을 검출하는 경우, 검출 초반에 샘플링 시간 간격이 짧게 설정된 상태에서 전압값의 요동으로 인해 평균 전압의 차이가 상기 기 설정된 오차 이하로 산출되는 경우, 전압이 안정화되지 않은 상태임에도 불구하고, 이를 안정화된 전압으로 오판할 수 있다는 문제가 있다. 이러한 경우 전압이 안정화되지 않은 상태이므로, 실제 안정화된 전압보다 높은 전압이 안정화된 전압으로 판별될 수 있으며, 이는 절연 저항의 크기가 잘못 측정되도록 하는 문제를 유발할 수 있다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 안정화되지 않은 상태의 전압이 정상 상태의 전압으로 판별되는 경우를 방지할 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, 상기 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 산출된 제2 평균 전압의 차이를 비교하는 튜닝 과정을 수행하고, 상기 평균 전압의 차이가 기 설정된 오차 범위 이내인 경우 샘플링 시작 시점으로부터 경과된 시간이 일정 시간 이상인지 여부에 따라 상기 제2 평균 전압을 정상 상태 전압으로 검출하거나, 상기 튜닝 과정을 다시 수행하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 기 설정된 제1 시간 배수에 따라 1차 튜닝 과정을 수행하고, 1차 튜닝 결과, 상기 제1 평균 전압과 상기 제2 평균 전압의 차이가 기 설정된 제1 오차 이하인 경우, 상기 제1 시간 배수와 다른 제2 시간 배수에 따라 평균 전압을 산출할 샘플링 구간의 샘플링 간격을 결정하는 2차 튜닝 과정을 수행하며, 상기 2차 튜닝 결과 상기 제1 평균 전압과 상기 제2 평균 전압의 차이가, 기 설정된 정상 전압 오차 이하인 경우, 2차 튜닝이 수행된 시작된 시점으로부터 상기 일정 시간이 경과하였는지 여부에 따라 상기 제2 평균 전압을 정상 상태 전압으로 검출하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제2 시간 배수는, 상기 제1 시간 배수보다 큰 값을 가지며, 상기 제1 시간 배수는 1의 값을 가지는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 1차 튜닝 결과, 상기 제1 평균 전압과 상기 제2 평균 전압의 차이가 기 설정된 제1 오차 이하인 경우 상기 1차 튜닝을 종료하며, 상기 1차 튜닝의 시작 시점과, 상기 초기 샘플링 간격, 그리고 상기 1차 튜닝이 종료된 종료 시점에 근거하여 적어도 하나의 기준점들을 결정하고, 결정된 기준점들에 따른 전압들의 전압차에 근거하여 복수의 전압 기울기를 산출하며, 산출된 전압 기울기에 따른 기울기 비율에 근거하여 시정수를 산출 및, 산출된 시정수에 근거하여 상기 일정 시간을 결정하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 1차 튜닝이 종료되면, 상기 1차 튜닝의 시작점과 상기 시작점으로부터 상기 초기 샘플링 간격만큼 경과된 시점, 그리고 상기 1차 튜닝이 종료된 시점과, 상기 1차 튜닝이 종료된 시점으로부터 상기 초기 샘플링 간격 이전 시점을 상기 기준점들로 결정하며, 결정된 기준점들에 근거하여 하기 수학식 2에 따라 기울기 비율을 산출하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 2]
Figure 112019135807019-pat00001
여기서, 시작점은 상기 샘플링이 시작된 시점, 상기 제1 기준점은 상기 시작점으로부터 초기 샘플링 간격만큼 경과한 시점, 상기 제3 기준점은 상기 1차 튜닝이 종료된 시점, 상기 제2 기준점은 상기 제3 기준점으로부터 상기 초기 샘플링 간격 이전 시점이며,
상기 시작 전압은 시작점의 전압을, 상기 제1 전압은 상기 제1 기준점의 전압을, 상기 제2 전압은 상기 제2 기준점의 전압을, 상기 제3 전압은 상기 제3 기준점의 전압을 의미함.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 기울기 비율에 대한 자연로그(ln) 연산 결과와, 상기 제1 기준점과 상기 시작점 사이의 시간 간격에 따라 시정수(
Figure 112019135807019-pat00002
)를 산출하고, 상기 산출된 시정수의 기 설정된 배수에 근거하여 상기 일정 시간을 결정하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 산출된 기울기 비율이 기 설정된 임계값 이상인지 여부에 따라 상기 시정수를 산출하며, 상기 시정수가 산출되면, 산출된 시정수 및 하기 수학식 6에 근거하여 상기 초기 샘플링 간격을 재설정하고, 재설정된 초기 샘플링 간격에 근거하여 상기 2차 튜닝 과정을 수행하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 6]
Figure 112019135807019-pat00003
여기서 tn은 재설정된 초기 샘플링 간격,
Figure 112019135807019-pat00004
는 시정수임.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 산출된 기울기 비율과 상기 임계값을 비교한 결과에 따라 상기 시정수가 산출되지 않는 경우, 상기 초기 샘플링 간격에 근거하여 상기 2차 튜닝 과정을 수행하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 시정수가 산출되지 않는 경우, 상기 신호 생성부를 제어하여 상기 펄스 신호의 진폭을 증가시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 계통의 전력선 각각에 병렬로 연결되는 복수의 저항들과, 상기 복수의 저항 중 일부를 상기 전력선 각각에 연결시키는 스위치들을 포함하는 커플러(coupler) 저항을 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 시정수가 산출되지 않는 경우, 상기 전력선 각각에 복수의 저항이 병렬로 연결되도록 상기 스위치들을 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 제1 측정 저항, 제2 측정 저항을 포함하는 제1 전로, 상기 제2 측정 저항을 포함하지 않는 제2 전로, 그리고 상기 제1 전로와 제2 전로 중 어느 하나를 통해 상기 제1 측정 저항과 연결되어 회로를 형성하는 전환 스위치를 포함하며, 적어도 하나의 측정 저항의 양단 전압에 근거하여, 상기 인가된 펄스 신호의 전압을 검출하는 신호 측정부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 시정수가 산출되지 않는 경우, 상기 제2 전로에 상기 제1 측정 저항이 연결되어 회로가 형성되도록 상기 전환 스위치를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 산출된 기울기 비율이 상기 임계값 미만인 경우, 기 설정된 기울기 비율 최소값에 대한 자연로그(ln) 연산 결과와, 상기 1차 튜닝의 시작점과 상기 시작점으로부터 상기 초기 샘플링 간격만큼 경과된 시점 사이의 시간 간격에 따라 시정수를 산출하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치의 제어 방법은, 상기 전력선에 일정 크기의 전압을 가지는 펄스 신호를 인가하는 단계와, 초기 샘플링 간격을 결정하는 단계와, 상기 초기 샘플링 간격과 제1 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 산출된 제2 평균 전압의 차이를 비교하는 1차 튜닝을 수행하는 단계와, 상기 1차 튜닝 결과, 상기 제1 평균 전압과 제2 평균 전압의 차이가 기 설정된 제1 오차 범위 이내인지 여부를 검출하는 단계와, 상기 전압 차이가 상기 제1 오차 범위 이내인지 여부에 따라, 상기 1차 튜닝을 종료하고, 기 설정된 샘플링 간격과 제2 시간 배수에 근거하여 샘플링 간격을 산출하고, 산출된 샘플링 간격에 따른 샘플링 구간 동안의 평균 전압을 산출하며, 산출된 제3 평균 전압과, 상기 제3 평균 전압 이전에 산출된 제4 평균 전압의 차이를 비교하는 2차 튜닝을 수행하는 단계와, 상기 2차 튜닝 결과, 상기 제3 평균 전압과 제4 평균 전압의 차이가 정상 전압 오차 범위 이내인지 여부를 검출하는 단계와, 상기 제3 평균 전압과 제4 평균 전압의 차이가 상기 정상 전압 오차 범위 이내인 경우, 상기 2차 튜닝이 시작된 시점으로부터 일정 시간이 경과되었는지 여부를 검출하고, 상기 일정 시간이 경과한 경우라면 상기 제3 평균 전압을 상기 인가된 펄스 신호에 따른 정상 상태 전압으로 검출하는 단계 및, 상기 2차 튜닝 결과 상기 제3 평균 전압과 제4 평균 전압의 차이가 상기 정상 전압 오차 범위를 초과하거나, 상기 2차 튜닝이 시작된 시점으로부터 일정 시간이 경과하지 않은 경우, 상기 2차 튜닝을 반복 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 2차 튜닝을 수행하는 단계는, 상기 1차 튜닝의 시작 시점과, 상기 초기 샘플링 간격, 그리고 상기 1차 튜닝이 종료된 종료 시점에 근거하여 적어도 하나의 기준점들을 결정하는 단계와, 결정된 기준점들에 따른 전압들의 전압차에 근거하여 복수의 전압 기울기를 산출 및, 산출된 복수의 기울기에 따른 기울기 비율을 산출하는 단계 및, 산출된 상기 기울기 비율에 근거하여 시정수를 산출하고, 산출된 시정수에 따라 상기 일정 시간을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 적어도 하나의 기준점들을 결정하는 단계는, 상기 샘플링의 시작점과 상기 시작점으로부터 상기 초기 샘플링 간격만큼 경과된 시점, 그리고 상기 1차 튜닝이 종료된 시점과, 상기 1차 튜닝이 종료된 시점으로부터 상기 초기 샘플링 간격 이전 시점을 상기 기준점들로 결정하는 단계이며, 상기 기울기 비율을 산출하는 단계는, 상기 기준점들에 근거하여 하기 수학식 2에 따라 기울기 비율을 산출하는 단계임을 특징으로 한다.
[수학식 2]
Figure 112019135807019-pat00005
여기서, 시작점은 상기 샘플링이 시작된 시점, 상기 제1 기준점은 상기 시작점으로부터 초기 샘플링 간격만큼 경과한 시점, 상기 제3 기준점은 상기 1차 튜닝이 종료된 시점, 상기 제2 기준점은 상기 제3 기준점으로부터 상기 초기 샘플링 간격 이전 시점이며,
상기 시작 전압은 시작점의 전압을, 상기 제1 전압은 상기 제1 기준점의 전압을, 상기 제2 전압은 상기 제2 기준점의 전압을, 상기 제3 전압은 상기 제3 기준점의 전압을 의미함.
일 실시 예에 있어서, 상기 일정 시간을 결정하는 단계는, 상기 기울기 비율에 대한 자연로그(ln) 연산 결과와, 상기 제1 기준점과 상기 시작점 사이의 시간 간격에 따라 시정수(
Figure 112019135807019-pat00006
)를 산출하는 단계 및, 상기 산출된 시정수의 기 설정된 배수에 근거하여 상기 일정 시간을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 일 실시 예에 있어서, 상기 일정 시간을 결정하는 단계는, 상기 산출된 기울기 비율이 기 설정된 임계값 이상인지 여부를 검출하는 단계와, 상기 기울기 비율이 상기 임계값 이상인 경우 상기 시정수를 산출하는 단계 및, 상기 시정수가 산출되면, 산출된 시정수 및 하기 수학식 6에 근거하여 상기 초기 샘플링 간격을 재설정하는 단계를 더 포함하며, 상기 2차 튜닝을 수행하는 단계는, 상기 재설정된 초기 샘플링 간격에 근거하여 상기 2차 튜닝 과정을 수행하는 단계임을 특징으로 한다.
[수학식 6]
Figure 112019135807019-pat00007
여기서 tn은 재설정된 초기 샘플링 간격,
Figure 112019135807019-pat00008
는 시정수임.
일 실시 예에 있어서, 상기 2차 튜닝을 수행하는 단계는, 상기 시정수가 산출되지 않는 경우, 상기 초기 샘플링 간격에 근거하여 상기 제2 튜닝 과정을 수행하는 단계임을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 인가된 펄스 신호에 따른 정상 상태 전압을 검출하는 단계는, 상기 인가된 펄스 신호에 따른 정상 상태 전압이 검출되면, 검출된 정상 상태 전압에 근거하여, 상기 절연 저항의 크기를 산출하는 단계를 더 포함하며, 상기 절연 저항의 크기를 산출하는 단계는, 상기 시정수가 산출되지 않는 경우, 상기 기울기 비율을 증가시키는 단계를 더 포함하며, 상기 기울기 비율을 증가시키는 단계는, 상기 펄스 신호의 진폭을 증가시키는 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 절연 감시 장치는, 상기 계통의 전력선 각각에 병렬로 연결되는 복수의 저항들과, 상기 복수의 저항 중 일부를 상기 전력선 각각에 연결시키는 스위치들을 포함하는 커플러(coupler) 저항을 더 포함하며, 상기 기울기 비율을 증가시키는 단계는, 상기 전력선 각각에 복수의 저항이 병렬로 연결되도록 상기 스위치들을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 절연 감시 장치는, 제1 측정 저항, 제2 측정 저항을 포함하는 제1 전로, 상기 제2 측정 저항을 포함하지 않는 제2 전로, 그리고 상기 제1 전로와 제2 전로 중 어느 하나를 통해 상기 제1 측정 저항과 연결되어 회로를 형성하는 전환 스위치를 포함하며, 적어도 하나의 측정 저항의 양단 전압에 근거하여, 상기 인가된 펄스 신호의 전압을 검출하는 신호 측정부를 더 포함하고, 상기 기울기 비율을 증가시키는 단계는, 상기 제2 전로에 상기 제1 측정 저항이 연결되어 회로가 형성되도록 상기 전환 스위치를 제어하는 단계임을 특징으로 한다.　
일 실시 예에 있어서, 상기 시정수를 산출하는 단계는, 상기 기울기 비율이 상기 임계값 미만인 경우, 기 설정된 기울기 비율 최소값에 대한 자연로그(ln) 연산 결과와, 상기 1차 튜닝의 시작점과 상기 시작점으로부터 상기 초기 샘플링 간격만큼 경과된 시점 사이의 시간 간격에 따라 상기 시정수를 산출하는 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 기 설정된 시간 배수에 따라 결정되는 샘플링 구간들 각각으로부터 평균 전압들을 산출하고, 샘플링 시작 시점으로부터 일정 시간이 경과한 이후에 정상 전압 오차 조건을 만족하는 평균 전압들이 산출되는 경우에 한하여 상기 정상 전압 오차 조건을 만족하는 평균 전압들로부터 정상 상태 전압을 결정함으로써, 전압이 안정화되지 않은 상태에서 정상 상태 전압이 결정되는 오류를 방지할 수 있다는 효과가 있다.
또한 본 발명은, 상기 샘플링 시작 시점과 기 설정된 샘플링 시간 간격, 그리고 상기 기 설정된 오차 조건을 만족하는 시점에 근거하여 제1 기울기 및 제2 기울기를 산출하고, 산출된 기울기의 비율에 따라 결정되는 시정수에 근거하여 상기 정상 상태 전압 판정을 보류하는 상기 일정 시간의 길이를 결정함으로써, 상기 정상 상태 전압 판정을 보류하는 상기 일정 시간의 길이를 최적화할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치의 구조를 도시한 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치에서 절연 저항을 산출하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 2b는, 상기 도 2a의 과정 중 기울기 비율을 산출하는 예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은, 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치에서, 상기 초기 샘플링 간격에 따라 결정되는 샘플링 구간들로부터 기 설정된 오차 조건을 만족하는 평균 전압들을 검출하는 1차 튜닝 과정을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치에서 정상 상태 전압을 측정하기 위한 초기 샘플링 간격에 따라 설정되는 샘플링 구간들을 도시한 예시도이다.
도 5a는, 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치에서, 산출된 기울기 비율에 따른 시정수를 산출하고, 산출된 시정수에 따라 결정되는 샘플링 구간들로부터 정상 전압 오차 조건을 만족하는 평균 전압들을 검출하는 2차 튜닝 과정을 도시한 흐름도이다.
도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치에서, 2차 튜닝에 따라 설정되는 샘플링 구간들을 도시한 예시도이다.
도 6은, 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치에서, 기 설정된 시간 배율에 따라 결정되는 샘플링 구간들로부터 정상 전압 오차 조건을 만족하는 평균 전압들을 검출하는 2차 튜닝 과정을 도시한 흐름도이다.
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 커플러 저항의 크기를 변경할 수 있도록 형성된 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치의 구조 예를 도시한 예시도이다.
도 9는 측정 저항의 크기를 변경할 수 있도록 형성된 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치의 구조 예를 도시한 예시도이다.
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 정현파 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 입력 받아 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 입력 받을 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 기 설정된 시간 배수를 이전 샘플링 간격에 곱하여 다음 샘플링 간격을 결정할 수 있다. 이 경우 상기 기 설정된 시간 배수가 1인 경우에는 샘플링 간격은 동일하고, 이에 따라 동일한 시간 간격에 따른 샘플링 구간들이 결정될 수 있다. 반면 상기 기 설정된 시간 배수가 1보다 큰 경우에는 점차적으로 샘플링 간격이 늘어날 수 있다. 이 경우 서로 다른 시간 간격에 따른 샘플링 구간들이 결정될 수 있다.
한편 제어부(100)는, 각 샘플링 구간들 동안에 측정되는 전압들의 평균 전압을 산출할 수 있다. 그리고 산출된 평균 전압들의 차이가 기 설정된 오차 조건을 만족하는 경우 샘플링 간격을 산출하기 위한 시간 배수를 변경할 수 있다. 반면 산출된 평균 전압들의 차이가 기 설정된 오차 조건을 만족하지 않는 경우 제어부(100)는 시간 배수의 변경 없이 다음 샘플링 구간을 결정하고 결정된 샘플링 구간 동안의 평균 전압을 산출하는 과정을 반복할 수 있다. 이하 시간 배수의 변경 없이 상기 기 설정된 오차 조건을 만족할 때까지 다음 샘플링 구간을 결정하고 결정된 샘플링 구간 동안의 평균 전압을 산출 및, 그 이전 샘플링 구간 동안에 산출된 평균 전압과 현재 산출된 평균 전압의 차이를 산출하는 과정을 반복하는 것을, 상기 시간 배수가 변경된 이후에 수행되는 과정과 구분하기 위하여 ‘1차 튜닝(tunning)’이라고 하기로 한다.
한편 상기 1차 튜닝 결과 상기 기 설정된 오차 조건을 만족하는 평균 전압들이 검출되면, 제어부(100)는 최초 샘플링이 시작되는 시점에서 측정된 전압(시작 전압)과, 상기 시작 시점으로부터 초기 샘플링 간격만큼 경과된 시점의 전압(제1 전압), 그리고 상기 기 설정된 오차 조건을 만족하는 평균 전압들이 검출된 시점의 전압(제3 전압), 상기 기 설정된 오차 조건을 만족하는 평균 전압들이 검출된 시점으로부터 상기 초기 샘플링 간격 이전 시점의 전압(제2 전압)들을 검출하고, 상기 검출된 전압들의 차이에 따른 기울기를 산출 및, 산출된 기울기들의 비율을 통해 시정수(time constant,
Figure 112019135807019-pat00009
)를 산출할 수 있다. 여기서 시정수는 전압이 정상 상태에 도달할 때까지 예상되는 시간을 의미할 수 있다.
그리고 시정수가 산출되면, 제어부(100)는 산출된 시정수에 근거하여 초기 샘플링 간격을 재설정할 수 있다. 한편 상술한 바와 같이 산출된 평균 전압들의 차이가 기 설정된 오차 조건을 만족하는 경우 시간 배수를 변경하므로, 제어부(100)는 재설정된 초기 샘플링 간격과 상기 변경된 시간 배수에 근거하여 다음 샘플링 구간을 결정할 수 있다. 그리고 결정된 샘플링 구간 동안의 평균 전압을 산출하고, 산출된 평균 전압을 이전 샘플링 구간에서 산출된 평균 전압과 비교할 수 있다. 그리고 비교 결과 두 평균 전압 간의 차이가 기 설정된 정상 전압 오차 조건을 만족하는지 여부에 따라, 현재 생성된 펄스 신호에 따른 정상 전압을 검출할 수 있다. 반면 두 평균 전압 간의 차이가 상기 정상 전압 오차 조건을 만족하지 않는 경우 제어부(100)는 현재 결정된 샘플링 구간에 상기 변경된 시간 배수를 곱하여 다음 샘플링 구간을 결정하고, 결정된 샘플링 구간 동안의 평균 전압을 산출 및, 산출된 평균 전압을 이전 샘플링 구간에서 산출된 평균 전압과 비교하여 상기 정상 전압 오차 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 과정을 반복할 수 있다.
이처럼 변경된 시간 배수에 따라 상기 정상 전압 오차 조건을 만족할 때까지 다음 샘플링 구간을 결정하고 결정된 샘플링 구간 동안의 평균 전압을 산출 및, 그 이전 샘플링 구간 동안에 산출된 평균 전압과 현재 산출된 평균 전압의 차이를 산출하는 과정을 반복하는 것을, 상기 ‘1차 튜닝(tunning)’과정과 구분하기 위하여 ‘2차 튜닝’이라고 하기로 한다.
한편 이전 샘플링 구간 동안에 산출된 평균 전압과 현재의 샘플링 구간 동안에 산출된 평균 전압의 차이에 근거하여 안정화된 상태의 전압을 판별하는 경우, 전압이 안정화되지 않은 상태임에도 불구하고 안정화된 전압으로 검출될 수 있는 우려가 있다. 이는 샘플링 초기에 샘플링 간격이 짧은 상태에서 평균 전압들이 산출되는 경우, 서로 인접한 시간 동안의 평균 전압들이 검출될 수 있으며, 따라서 각 평균 전압들이 산출되는 시간차가 적음에 따라 과도화 상태에 있는 전압임에도 불구하고 평균 전압 간의 차이가 정상 전압 오차 이하로 산출될 수 있기 때문이다. 이 경우 비록 평균 전압들간의 오차는 정상 전압 오차 이내이지만, 검출되는 전압은 과도화 상태에 있는 전압으로서 실제 안정화된 전압과는 차이가 있을 수 있다.
이에 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)의 제어부(100)는 상기 2차 튜닝 결과 정상 전압 오차 조건을 만족하는 평균 전압들이 산출되면, 전압 샘플링이 시작된 초기 시점으로부터 일정 시간이 경과하였는지 여부를 판단할 수 있다. 그리고 일정 시간이 경과함에 따라 샘플링 간격이 충분히 확보된 상태에서 정상 전압 오차 조건을 만족하는 평균 전압들이 산출되는 경우, 현재 샘플링 구간 동안에 산출된 평균 전압을 안정화된 상태의 전압, 즉 정상 전압으로 판별할 수 있다. 따라서 샘플링 초기에 짧은 샘플링 간격으로 인해 정상 전압이 잘못 산출되는 경우를 예방할 수 있다.
여기서, 상기 일정 시간은 상기 시정수(
Figure 112019135807019-pat00010
)에 따라 결정될 수 있다. 상술한 바와 같이 상기 시정수(
Figure 112019135807019-pat00011
)는 전압이 정상 상태에 도달할 때까지 예상되는 시간을 의미하므로, 상기 시정수의 배수에 따라 상기 일정 시간, 즉 정상 전압 여부를 판단하는 시점을 보류하는 시간이 결정되는 경우 낭비되는 시간을 보다 줄일 수 있기 때문이다. 본 발명과 관련되어 수행된 복수의 실험에 따르면 상기 일정 시간은 시정수(
Figure 112019135807019-pat00012
)의 5배(5
Figure 112019135807019-pat00013
)에 대응하는 시간으로 결정되는 것이 가장 바람직할 수 있다.
한편 이와 같이 정상 상태 전압이 검출되면, 현재 검출된 정상 상태 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 2a는 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)에서 절연 저항을 산출하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다. 그리고 도 2b는, 상기 도 2a의 과정 중 기울기 비율을 산출하는 예를 설명하기 위한 예시도이다.
먼저 도 2a를 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 결정하고, 초기값(tk)에 따라 상기 초기 샘플링 간격(tn0)을 결정할 수 있다.
Figure 112019135807019-pat00014
여기서 Ri는 절연 감시 장치(10)의 내부 저항이며, Cemax는 전력선(170)과 접지 사이에 형성된 커패시터(150)의 최대 커패시턴스임.
한편 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. 여기서 제어부(100)는 상기 간섭 주파수(Noise Frequency)의 주기와 상기 초기값(tk) 중 큰 값에 따라 상기 초기 샘플링 간격(tn0)을 결정할 수도 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), 즉 초기 샘플링 시작점을 결정할 수 있다. 이 경우 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)에 근거하여 1차 튜닝 과정을 수행할 수 있다(S204).
상기 S204 단계에서 제어부(100)는 시작점(t0)으로부터 상기 초기 샘플링 간격(tn0) 만큼 경과된 시점 까지를 샘플링 구간으로 결정할 수 있다. 그리고 결정된 샘플링 구간 동안 측정된 전압들에 대한 평균 전압을 산출할 수 있다. 그리고 현재 샘플링 구간의 길이와 기 설정된 제1 시간 배수에 근거하여 다음 샘플링 구간의 길이를 결정하고, 결정된 길이에 따라 다음 샘플링 구간을 결정할 수 있다. 그리고 결정된 샘플링 구간 동안 측정되는 전압들에 대한 평균 전압을 다시 산출할 수 있다. 그리고 현재 산출된 평균 전압과, 이전의 샘플링 구간에서 산출된 평균 전압을 비교하여 그 차이를 산출할 수 있다.
그리고 산출된 차이가 기 설정된 제1 오차 이하인지 여부에 따라, 다음 샘플링 구간을 다시 결정하여 평균 전압을 다시 산출 및, 산출된 평균 전압과 이전 산출된 평균 전압을 다시 비교하거나, 또는 상기 1차 튜닝 과정을 종료할 수 있다. 한편 상기 1차 튜닝 과정에서 사용되는 제1 시간 배수는 ‘1’의 값을 가질 수 있다.
한편 상기 1차 튜닝 과정이 종료되면, 제어부(100)는 상기 1차 튜닝이 종료된 시점에서 측정된 전압과, 상기 초기 샘플링 간격에 근거하여 기울기 비율을 산출할 기준점들을 결정할 수 있다(S206). 그리고 결정된 기준점들에 근거하여 기울기 비율을 산출할 수 있다(S208).
도 2b는 이처럼 기울기 비율을 산출하기 위해 기준점들이 결정 및 상기 기울기 비율을 산출하기 위한 전압들이 결정되는 예를 도시한 것이다.
도 2b를 참조하여 살펴보면, 제어부(100)는 상기 1차 튜닝이 종료되면, 샘플링을 시작한 시작점(t0)과 상기 시작점(t0)으로부터 초기 샘플링 간격(tn0)만큼 경과된 시점(t1, 즉 t1 = t0 + tn0), 그리고 상기 평균 전압들의 차이가 제1 오차 이하임에 따라 상기 1차 튜닝이 종료된 시점(t3), 상기 1차 튜닝이 종료된 시점(t3)으로부터 상기 초기 샘플링 간격 이전 시점(t2)을 각각 상기 기울기 비율을 산출할 기준점들(시작점(t0), 제1 기준점(t1), 제2 기준점(t2), 제3 기준점(t3))로 결정할 수 있다.
이처럼 기준점들이 결정되면, 제어부(100)는 결정된 기준점들에 따른 전압들을 검출할 수 있다.
먼저 제어부(100)는 시작점(t0)에서 측정된 전압(시작 전압, 260)과 제2 기준점(t2)에서 측정된 전압(제2 전압, 262) 사이의 전압차를 산출할 수 있다. 그리고 산출된 전압차를 상기 시작점(t0)으로부터 상기 제2 기준점(t2) 사이의 시간으로 나누어 제1 기울기를 산출할 수 있다.
그리고 제어부(100)는 제1 기준점(t1)에서 측정된 전압(제1 전압, 261)과 제3 기준점(t3)에서 측정된 전압(제3 전압, 263) 사이의 전압차를 산출할 수 있다. 그리고 산출된 전압차를 상기 제1 기준점(t1)으로부터 상기 제3 기준점(t3) 사이의 시간으로 나누어 제2 기울기를 산출할 수 있다. 그리고 제1 기울기에 대한 제2 기울기의 비율을 산출하여 상기 기울기 비율을 산출할 수 있다. 하기 수학식 2는 이처럼 기울기 비율을 산출하는 과정을 수학식으로 나타낸 것이다.　
Figure 112019135807019-pat00015
여기서, 시작점은 초기 샘플링을 시작한 시점을, 상기 제1 기준점은 상기 시작점으로부터 초기 샘플링 간격만큼 경과한 시점을, 상기 제3 기준점은 상기 1차 튜닝이 종료된 시점을, 상기 제2 기준점은 상기 제3 기준점으로부터 상기 초기 샘플링 간격 이전 시점을 의미하며,
상기 시작 전압은 시작점의 전압을, 상기 제1 전압은 상기 제1 기준점의 전압을, 상기 제2 전압은 상기 제2 기준점의 전압을, 상기 제3 전압은 상기 제3 기준점의 전압을 의미함.
한편 상기 S208 단계에서 기울기 비율이 산출되면, 제어부(100)는 산출된 기울기 비율에 따라 시정수(time constant,
Figure 112019135807019-pat00016
)를 산출할 수 있다. 여기서 시정수는 전압이 정상 상태에 도달할 때까지 예상되는 시간을 의미할 수 있다. 예를 들어 상기 시정수(
Figure 112019135807019-pat00017
)는 하기 수학식 3과 같이 상기 산출된 기울기 비율에 에 대한 자연로그(ln) 연산 결과와, 상기 제1 기준점과 시작점 사이의 시간 간격의 비에 따라 산출될 수 있다.
Figure 112019135807019-pat00018
한편 상기 수학식 3에 따라 시정수(
Figure 112019135807019-pat00019
)가 산출되면, 제어부(100)는 산출된 시정수에 따라 초기 샘플링 간격을 재설정할 수 있다. 그리고 재설정된 초기 샘플링 간격과 상기 제1 시간 배수와 다른 제2 시간 배수에 근거하여 2차 튜닝을 수행할 수 있다. 상기 2차 튜닝은 상기 1차 튜닝 과정과 다른 시간 배수를 사용하는 튜닝 과정일 수 있다. 여기서 상기 제2 시간 배수는 제1 시간 배수보다 큰 값을 가질 수 있다. 예를 들어 상기 제2 시간 배수는 1.33의 값을 가질 수 있으며, 이 경우 2차 튜닝 시간이 지속될 수록 상기 제2 시간 배수에 따라 설정되는 샘플링 구간이 점차 넓어질 수 있다.
한편 상기 2차 튜닝이 수행되는 경우, 제어부(100)는 상기 1차 튜닝이 종료된 시점을 2차 튜닝의 시작점으로 설정할 수 있다. 그리고 설정된 2차 튜닝의 시작점으로부터 상기 재설정된 초기 샘플링 간격 만큼 경과된 시점 까지를 2차 튜닝을 위한 샘플링 구간으로 결정할 수 있다. 그리고 결정된 샘플링 구간 동안 측정된 전압들에 대한 평균 전압을 산출할 수 있다. 그리고 현재 샘플링 구간의 길이와 상기 제2 시간 배수에 근거하여 산출되는 시간에 따라 다음 샘플링 구간을 결정하고, 결정된 길이에 따라 다음 샘플링 구간을 결정할 수 있다. 그리고 결정된 상기 샘플링 구간 동안 측정되는 전압들에 대한 평균 전압을 다시 산출할 수 있다. 그리고 현재 산출된 평균 전압과, 이전의 샘플링 구간에서 산출된 평균 전압을 비교하여 그 차이를 산출할 수 있다.
그리고 산출된 차이가 기 설정된 정상 전압 오차 이하인지 여부에 따라, 다음 샘플링 구간을 다시 결정하여 평균 전압을 다시 산출 및, 산출된 평균 전압과 이전 산출된 평균 전압을 다시 비교하거나, 또는 현재 산출된 평균 전압을 상기 S200 단계에서 생성된 펄스 신호에 따른 정상 상태 전압으로 결정할 수 있다.
한편 정상 상태 전압이 결정된 경우, 제어부(100)는 2차 튜닝이 시작된 시작점으로부터 상기 시정수에 따라 결정되는 일정 시간이 경과된 상태인지 여부를 판단할 수 있다. 그리고 상기 일정 시간이 경과되지 않은 상태라면, 현재 정상 상태 전압 판단 결과를 무시하고 다시 다음 샘플링 구간을 결정하여 평균 전압을 다시 산출 및, 산출된 평균 전압과 이전 산출된 평균 전압을 다시 비교할 수 있다. 반면 상기 일정 시간이 경과된 경우라면, 현재 산출된 평균 전압을 상기 S200 단계에서 생성된 펄스 신호에 따른 정상 상태 전압으로 결정할 수 있다.
즉, 제어부(100)는, 상기 S200 단계에서 생성된 펄스 신호가 양의 펄스 신호인 경우라면 상기 현재 산출된 평균 전압을 양의 정상 상태 전압으로 결정할 수 있다. 반면, 상기 S200 단계에서 생성된 펄스 신호가 음의 펄스 신호인 경우라면 현재 산출된 평균 전압을 음의 정상 상태 전압으로 결정할 수 있다.
그런데 상기 수학식 3과 같이 시정수(
Figure 112019135807019-pat00020
)를 산출하는 경우, 제1 기울기와 제2 기울기의 차이가 작을수록, 제1 기울기에 대한 제2 기울기의 비율은 1로 수렴하게 된다. 그러면 ln 1이 되어 분모가 0이 되므로, 시정수(
Figure 112019135807019-pat00021
)의 산출이 어려워질 수 있다. 따라서 제어부(100)는 상기 S208 단계에서 산출된 기울기의 비율이 기 설정된 임계값 이상인지 여부를 판단하는 과정을 더 포함할 수 있다(S210). 그리고 기 설정된 임계값보다 기울기 비율이 큰 경우에 한하여 상기 시정수(
Figure 112019135807019-pat00022
)를 산출할 수 있다.
이 경우 제어부(100)는 산출된 시정수에 근거하여 상기 2차 튜닝을 위한 샘플링 간격을 재설정하고, 재설정된 샘플링 간격에 따라 샘플링 구간을 결정 및 평균 전압을 산출하는 2차 튜닝 과정을 수행할 수 있다(S212). 그리고 산출된 평균 전압과 이전 샘플링 구간에서 산출된 평균 전압의 차이가 정상 전압 오차 이하인 경우, 상기 시정수에 따라 결정되는 일정 시간이 경과되었는지 여부에 따라 현재 산출된 평균 전압을 상기 S200 단계에서 생성된 펄스 신호에 따른 정상 상태 전압으로 결정할 수 있다(S216). 이하 산출된 기울기 비율이 임계값 이상인 경우에, 산출된 기울기 비율에 따라 시정수를 산출 및 산출된 시정수에 근거하여 2차 튜닝을 수행하는 과정을 하기 도 5a를 참조하여 자세하게 살펴보기로 한다.
반면 상기 S210 단계의 판단 결과 산출된 기울기의 비율이 임계값 미만인 경우, 제어부(100)는 시정수를 산출하지 않고 2차 튜닝 과정을 수행할 수 있다(S214). 이 경우 상기 2차 튜닝 과정은 상기 S202 단계에서 설정된 초기 샘플링 간격과 상기 제2 시간 배수에 근거하여 수행될 수 있다. 그리고 산출된 평균 전압과 이전 샘플링 구간에서 산출된 평균 전압의 차이가 정상 전압 오차 이하인지 여부에 따라 상기 S216 단계로 진행하여, 현재 산출된 평균 전압을 상기 S200 단계에서 생성된 펄스 신호에 따른 정상 상태 전압으로 결정할 수 있다. 이하 산출된 기울기 비율이 임계값 미만인 경우에, 기 설정된 초기 샘플링 간격에 따라 2차 튜닝을 수행하는 과정을 하기 도 6을 참조하여 자세하게 살펴보기로 한다.
한편 상기 S216 단계에서, 현재 생성된 펄스 신호에 따른 안정화된 상태의 전압이 결정되면, 제어부(100)는 양과 음의 펄스 신호 각각에 따른 정상 상태 전압들이 모두 결정되었는지 여부를 검출할 수 있다(S218).
S218 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(S220). 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 S216 단계에 이르는 과정을 다시 반복 수행할 수 있다. 그리고 S218 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(S222).
상기 S222 단계에서, 제어부(100)는 하기 수학식 4에 따라 현재 결정된 정상 상태 전압들의 평균값을 산출할 수 있다. 그리고 하기 수학식 5에 따라, 상기 수학식 4에서 산출된 평균 정상 상태 전압들에 근거하여 초기 절연 저항을 산출할 수 있다.
Figure 112019135807019-pat00023
여기서 Um은 평균 정상 상태 전압을, 상기 Um1은 양의 펄스 신호에 따른 정상 상태 전압을, Um2는 음의 펄스 신호에 따른 정상 상태 전압을 의미함.
Figure 112019135807019-pat00024
여기서 Re1은 제1 초기 절연 저항을, Up는 펄스 신호의 진폭을, Rm은 검출 저항을, Ri는 절연 감시 장치 내부의 내부 저항을 의미함.
한편 상기 S222 단계를 통해 초기 절연 저항(초기 절연 저항의 크기)이 산출되면, 제어부(100)는 기 설정된 개수만큼 초기 절연 저항이 산출되었는지 여부를 체크할 수 있다(S224). 그리고 상기 S224 단계의 체크 결과 기 설정된 개수만큼의 초기 절연 저항들이 산출되지 않은 경우라면, 제어부(100)는 다시 S200 단계로 진행하여, 상기 S200 단계 내지 S222 단계에 이르는 과정을 반복할 수 있다.
반면 상기 S224 단계의 체크 결과 기 설정된 개수만큼의 초기 절연 저항들이 산출된 경우라면, 제어부(100)는 기 설정된 개수, 즉 복수의 초기 절연 저항에 근거하여 최종 절연 저항을 산출할 수 있다(S226). 여기서 상기 S226 단계는 상기 복수의 초기 절연 저항의 평균값을 산출하는 단계일 수 있다.
한편 상기 S226 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 S226 단계에 이르는 과정을 반복하여 절연 저항 크기를 산출할 수 있다. 그리고 산출된 절연 저항의 크기에 따라 상기 전력선(170)과 접지 사이의 절연 상태를 모니터링(monitoring)할 수 있다.
한편 도 3은, 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)에서, 상기 초기 샘플링 간격에 따라 결정되는 샘플링 구간들로부터 기 설정된 오차 조건을 만족하는 평균 전압들을 검출하는 1차 튜닝 과정을 도시한 흐름도이다. 그리고 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)에서 정상 상태 전압을 측정하기 위한 초기 샘플링 간격에 따라 설정되는 샘플링 구간들을 도시한 예시도이다.
먼저 도 3을 참조하여 살펴보면, 제어부(100)는 상기 도 2의 S202 단계에서 산출된 초기 샘플링 간격(tn0)에 따른 샘플링 구간을 결정하고, 결정된 샘플링 구간 동안 검출되는 전압들을 평균하여 평균 전압(U1(= Ui))을 산출하도록 평균 전압 산출부(110)를 제어할 수 있다(S300).
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(S302).
그리고 제어부(100)는 현재 산출된 평균 전압(U2(= Ui+1))과, 그 이전에 산출된 평균 전압(U1(= Ui))의 차이를 산출할 수 있다. 그리고 산출된 차이가 기 설정된 크기, 즉 제1 오차 이하인지 여부를 판단할 수 있다(S304). 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 있다.　
한편 상기 S304 단계의 판단 결과, 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)과 그 이전에 산출된 평균 전압(Ui)의 차이가 상기 제1 오차를 초과하는 경우, 제어부(100)는 상기 제1 시간 배수에 근거하여 다음 샘플링 간격을 결정할 수 있다. 그리고 상기 결정된 샘플링 간격에 따른 샘플링 구간을 결정할 수 있다(S306). 그리고 결정된 샘플링 구간 동안의 검출되는 전압들의 평균 전압을 다시 검출할 수 있다(S308). 그리고 S304 단계로 진행하여, 현재, 즉 S308 단계에서 산출된 평균 전압과 그 이전의 샘플링 구간에서 산출된 평균 전압의 차이를 다시 산출하고, 산출된 차이가 제1 오차 이하인지 여부를 다시 판단할 수 있다. 즉, 상기 S304 단계의 판단 결과 산출된 평균 전압들 간의 차이가 제1 오차를 초과하는 경우, 샘플링 구간을 결정하고 평균 전압을 산출하는 과정이 반복적으로 수행될 수 있다. 이 경우 상기 제1 시간 배수가, 상술한 바와 같이 1로 설정된 경우라면, 도 4에서 보이고 있는 바와 같이 동일한 시간 길이를 가지는 샘플링 구간들이 설정 및 동일한 시간 동안에 검출되는 전압들의 평균이, 해당 샘플링 구간의 평균 전압으로서 산출될 수 있다.
반면, 상기 S304 단계의 판단 결과, 현재 산출된 평균 전압(Ui+1)과 그 이전에 산출된 평균 전압(Ui)의 차이가 상기 제1 오차 이하인 경우, 제어부(100)는 도 2의 S206 단계로 진행하여 1차 튜닝 과정을 종료할 수 있다. 그리고 기울기 비율 산출을 위한 기준점들을 결정할 수 있다.
한편 도 5a는, 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)에서, 산출된 기울기 비율에 따른 시정수를 산출하고, 산출된 시정수에 따라 결정되는 샘플링 구간들로부터 정상 전압 오차 조건을 만족하는 평균 전압들을 검출하는 2차 튜닝 과정을 도시한 흐름도이다. 그리고 도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)에서, 2차 튜닝에 따라 설정되는 샘플링 구간들을 도시한 예시도이다.
먼저 도 5a를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)의 제어부(100)는, 상기 도 2의 S210 단계에서 산출된 기울기 비율이 기 설정된 임계값 이상인 경우, 산출된 기울기 비율에 따른 시정수를 산출할 수 있다(S500). 상기 S500 단계는 상기 수학식 3에 따라, 상기 산출된 기울기 비율로부터 시정수를 산출하는 단계일 수 있다.
상기 S500 단계에서 시정수가 산출되면, 제어부(100)는 산출된 시정수에 근거하여 상기 2차 튜닝 과정에서 사용될 초기 샘플링 간격을 재설정할 수 있다(S502). 예를 들어 제어부(100)는 하기 수학식 6에 따라 재설정된 초기 샘플링 간격(tn)을 결정할 수 있다.　
Figure 112019135807019-pat00025
여기서 tn은 재설정된 초기 샘플링 간격,
Figure 112019135807019-pat00026
는 시정수임.
그리고 제어부(100)는 재설정된 초기 샘플링 간격에 따른 샘플링 구간을 설정하고 설정된 샘플링 구간 동안에 검출된 전압들의 평균을 산출할 수 있다(S504). 그리고 재설정된 초기 샘플링 간격에 따른 샘플링 구간에 기 설정된 제2 시간 배수를 곱하여 2차 튜닝을 위한 다음 샘플링 구간을 결정 및, 결정된 샘플링 구간 동안의 평균 전압을 산출할 수 있다(S505).
도 5b는 이처럼 1차 튜닝이 종료된 이후에 2차 튜닝이 이루어지는 예를 도시한 것이다. 일 예로 상기 1차 튜닝을 위한 제1 시간 배수가 1인 경우에, 도 5b에서 보이고 있는 바와 같이, 1차 튜닝 동안 설정되는 샘플링 구간들은 동일한 시간 간격에 따라 설정되는 구간들일 수 있다.
이러한 상태에서 상기 1차 튜닝이 종료됨에 따라 초기 시간 간격이 재설정되면, 제어부(100)는 재설정된 초기 샘플링 간격에 따른 초기 샘플링 구간(tn)을 설정하고, 상기 초기 샘플링 구간(tn) 동안에 검출되는 전압들의 평균 전압을 산출할 수 있다. 그리고 상기 초기 샘플링 간격, 즉 초기 샘플링 구간 동안의 시간 길이와 기 설정된 제2 시간 배수에 근거하여 다음 샘플링 구간(tn+1)을 설정하고, 상기 다음 샘플링 구간(tn+1) 동안에 검출되는 전압들의 평균 전압을 산출할 수 있다.
그러면 제어부(100)는 현재 산출된 평균 전압(tn+1 샘플링 구간 동안에 산출된 평균 전압)과 그 이전 샘플링 구간(tn)에서 산출된 평균 전압의 차를 산출 및 산출된 평균 전압의 차이가 기 설정된 정상 전압 오차 이하인지 여부를 검출할 수 있다(S506). 그리고 산출된 평균 전압의 차가 기 설정된 정상 전압 오차 이하인 경우라면, 2차 튜닝이 시작된 시점, 즉 2차 튜닝의 시작 시점으로부터 현재 산출된 시정수의 기 설정된 배수에 대응하는 일정 시간이 경과하였는지 여부를 판단할 수 있다(S508).
그리고 상기 S508 단계의 판단 결과, 시정수의 기 설정된 배수에 해당하는 시간이 경과한 상태라면, 도 2의 S216 단계로 진행하여, 현재 산출된 전압을 상기 도 2의 S200 단계에서 생성된 펄스 신호에 따른 안정화된 전압, 즉 정상 상태 전압으로 결정할 수 있다.
반면 상기 S506 단계에서 산출된 평균 전압 간의 차이가 상기 정상 전압 오차를 초과하는 경우라면, 또는 상기 S506 단계에서 산출된 평균 전압 간의 차이가 상기 정상 전압 오차 이하일지라도 상기 S508 단계의 판단 결과 상기 일정 시간이 경과되지 않은 경우라면, 제어부(100)는 현재 설정된 샘플링 구간의 길이에 제2 시간 배수에 근거하여 샘플링 간격을 갱신할 수 있다(S510). 그리고 갱신된 샘플링 간격에 따라 다음 샘플링 구간(tn+2)을 다시 결정할 수 있다(S512).
이 경우 상기 제2 시간 배수는 1보다 큰 값(예를 들어 1.33)일 수 있다. 이에 따라 도 5b에서 보이고 있는 바와 같이, 초기 샘플링 구간(tn) 보다는 다음 샘플링 구간(tn+1)의 길이(시간)가 더 길어질 수 있으며, 그 다음 샘플링 구간(tn+2)의 길이는 그 이전 샘플링 구간(tn+1) 보다 더 길어질 수 있다.
한편 제어부(100)는 상기 갱신된 샘플링 간격에 따라 결정된 샘플링 구간(tn+2) 동안의 평균 전압을 다시 산출할 수 있다(S514). 그리고 S506 단계로 다시 진행하여 현재 산출된 평균 전압(tn+2 샘플링 구간 동안 산출된 평균 전압)과 그 이전 산출된 평균 전압(tn+1 샘플링 구간 동안 산출된 평균 전압)의 차를 다시 산출할 수 있다. 그리고 산출된 평균 전압의 차이에 따라 S518 단계로 다시 진행하여 상기 일정 시간의 경과 여부를 다시 판단하거나, 상기 S510 단계로 진행하여 현재 설정된 샘플링 구간의 길이에 제2 시간 배수에 근거하여 샘플링 간격을 갱신할 수 있다.
한편 도 6은, 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)에서, 산출된 기울기 비율이 임계값 미만임에 따라 시정수의 산출이 어려워 기 설정된 초기 시간 간격에 따른 2차 튜닝을 수행하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 6을 참조하여 살펴보면, 산출된 기울기 비율이 임계값 미만임에 따라 시정수의 산출이 어려운 경우, 제어부(100)는 초기 샘플링 간격의 재설정 없이 바로 제2 시간 배수에 따른 2차 튜닝 과정을 수행할 수 있다.
제어부(100)는 먼저 초기 샘플링 간격(tn0)에 따른 샘플링 구간을 결정할 수 있다(S600). 이 경우 상기 초기 샘플링 간격(tn0)은 상기 도 2의 S202 단계에서 산출된 샘플링 간격일 수 있다.
상기 S600 단계에서 초기 샘플링 간격이 산출되면, 제어부(100)는 산출된 초기 샘플링 간격에 따른 샘플링 구간 동안의 평균 전압을 산출할 수 있다(S602). 그리고 상기 초기 샘플링 간격(tn0)과 제2 튜닝을 위해 설정된 제2 시간 배수에 근거하여 다음 샘플링 구간을 결정할 수 있다. 그리고 결정된 샘플링 구간 동안 검출되는 전압들을 평균하여 평균 전압을 산출할 수 있다(S604).　
한편 상기 S604 단계에서 평균 전압이 산출되면, 제어부(100)는 현재 산출된 평균 전압과 그 이전 샘플링 구간에서 산출된 평균 전압의 차이가 정상 전압 오차 이하인지 여부를 판단할 수 있다(S606). 그리고 상기 S606 단계의 판단 결과, 산출된 평균 전압의 차이가 정상 전압 오차 이하인 경우라면 도 2의 S216 단계로 진행하여, 현재 산출된 전압을 상기 도 2의 S200 단계에서 생성된 펄스 신호에 따른 안정화된 전압, 즉 정상 상태 전압으로 결정할 수 있다.
반면 상기 S606 단계에서 산출된 평균 전압 간의 차이가 상기 정상 전압 오차를 초과하는 경우라면, 제어부(100)는 현재 설정된 샘플링 구간의 길이에 제2 시간 배수에 근거하여 샘플링 간격을 갱신할 수 있다(S608). 그리고 갱신된 샘플링 간격에 따라 다음 샘플링 구간을 다시 결정할 수 있다(S610). 그리고 상기 갱신된 샘플링 간격에 따라 상기 S610 단계에서 결정된 샘플링 구간 동안의 평균 전압을 다시 산출할 수 있다(S612).
한편 상기 S612 단계에서 새로 결정된 샘플링 구간 동안의 평균 전압이 산출되면, 제어부(100)는 S606 단계로 다시 진행하여, 현재 산출된 평균 전압과 그 이전 샘플링 구간에서 산출된 평균 전압의 차이가 정상 전압 오차 이하인지 여부를 판단할 수 있다. 그리고 판단 결과에 따라 상기 S608 단계에서 S612 단계에 이르는 과정을 다시 수행할 수 있다.
한편 상술한 도 2a의 설명에서는, 복수의 초기 절연 저항이 산출되면 도 2a의 S226 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 줄어듦에 따라, 간섭 주파수의 주기가 2배로 늘어남으로, 초기 샘플링 간격(tn0)이 간섭 주파수 주기의 크기에 따라 변경될 수 있다.
일 예로 간섭 주파수 주기가 증가하는 경우 초기 샘플링 간격(tn0)이 상기 증가된 간섭 주파수 주기로 변경될 수 있다. 따라서 초기 샘플링 간격(tn0)에 따라 결정되는 기준점들이 변경될 수 있으며, 이에 따라 기울기 비를 산출하기 위한 기울기들이 변경될 수 있다. 이 경우 기울기 비가 변경되면 시정수 역시 변경될 수 있다.
한편 제어부(100)는 상기 S710 단계에서 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 상술한 설명에 따르면, 기울기의 비율이 기 설정된 임계값 이상인 경우에 한하여 시정수를 산출할 수 있음을 언급한 바 있다. 즉 시정수를 산출하기 위해서는 상기 S208 단계에서 산출되는 기울기의 비율이 기 설정된 임계값 이상이어야 하는 바, 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)는 상기 기울기의 비율을 증가시킬 수 있는 구성을 더 포함할 수 있다.
먼저 상기 시정수와 절연 저항 양단 전압의 관계를 살펴보면 하기 수학식 7과 같다.
Figure 112019135807019-pat00027
여기서, Um은 정상 전압, Re는 절연 저항, Rm은 측정 저항, Rc는 커플러 저항, UP는 테스트 펄스의 진폭, t는 정상 전압 측정 시간을 의미함.
상기 수학식 7을 살펴보면, 테스트 펄스(UP)의 크기를 증가시키거나, 커플러 저항(Rm)의 크기를 증가시키거나, 또는 커플러 저항(Rc)을 감소시키는 경우 정상 전압(Um)의 기울기, 즉 Um이 증가될 수 있음을 알 수 있다. 이에 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)는 커플러 저항의 크기를 감소시키거나 절연 저항의 크기를 증가시킬 수 있는 구조를 더 포함할 수 있다. 도 8 내지 도 9는 이러한 경우의 예들을 도시한 것이다.
먼저 도 8은 커플러 저항의 크기를 변경할 수 있도록 형성된 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치의 구조 예를 도시한 예시도이다.
도 8을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)의 커플러 저항(180)은 전력선 각각에 병렬로 연결될 수 있는 복수의 저항을 포함할 수 있다. 그리고 일부의 저항은 스위치들을 통해 연결되어, 상기 제어부(100)의 제어에 따라 복수의 저항이 병렬로 각 전력선(170)에 연결될 수 있는 구조를 가질 수 있다.
보다 자세하게, 도 8에서 보이고 있는 바와 같이, 계통의 전력선(170)이 단상인 경우 제2 전력선(L2)에는 제1 커플러 저항(Rc1)과 제2 커플러 저항(Rc2)이 병렬로 연결될 수 있다. 이 중 제1 커플러 저항(Rc1)은 제1 스위치(700)를 통해 제2 전력선(L2)과 연결이 이루어지도록 형성될 수 있다. 마찬가지로 제1 전력선(L1)에는 제3 커플러 저항(Rc3)과 제4 커플러 저항(Rc4)이 병렬로 연결될 수 있다. 이 중 제3 커플러 저항(Rc3)은 제2 스위치(702)를 통해 제1 전력선(L1)과 연결이 이루어지도록 형성될 수 있다.
한편 상기 제1 스위치(700)와 제2 스위치(702)는 서로 연동되어 동작할 수 있다. 즉 제1 스위치(700)가 오픈(open), 즉 제1 커플러 저항(Rc1)의 연결이 차단되는 경우, 제2 스위치(702) 역시 오픈되어 제3 커플러 저항(Rc3)의 연결을 차단시킬 수 있다. 또한 제1 스위치(700)가 클로즈(close), 즉 제1 커플러 저항(Rc1)과 제2 전력선(L2)이 연결되는 경우, 제2 스위치(702) 역시 클로즈되어 제3 커플러 저항(Rc3)과 제1 전력선(L1) 사이를 연결시킬 수 있다.
한편 제어부(100)는 상기 도 2a의 S226 단계를 통해 최종 절연 저항이 산출되면, 현재 시정수가 산출된 상태인지 여부를 판단할 수 있다. 그리고 시정수가 산출되지 못한 경우라면, 상기 제1 스위치(700)와 제2 스위치(702)를 제어하여 커플러 저항의 값을 감소시킬 수 있다.
이 경우 상기 제1 스위치(700)와 제2 스위치(702)는 초기 상태로서 오픈된 상태를 유지할 수 있다. 이 경우 제어부(100)는 상기 제1 스위치(700)와 제2 스위치(702)를 모두 클로즈하여 제1 커플러 저항(Rc1)을 제2 전력선(L2)에 더 연결하고, 제3 커플러 저항(Rc3)을 제1 전력선(L1)에 더 연결할 수 있다. 그러면 제1 전력선(L1)에는 제3 커플러 저항(Rc3)과 제4 커플러 저항(Rc4)이 병렬로 연결되므로, 제1 전력선(L1)에 연결되는 커플러 저항의 값이 감소할 수 있다. 또한 제2 전력선(L2)에는 제1 커플러 저항(Rc1)과 제2 커플러 저항(Rc2)이 병렬로 연결되므로, 제2 전력선(L2)에 연결되는 커플러 저항의 값 역시 감소할 수 있다.
그러면 커플러 저항의 값이 감소하므로 기울기 비율이 증가할 수 있다. 이 경우 증가된 기울기 비율이 임계값 이상이 되면 절연 저항을 산출하기 위해 상기 도 2a의 과정을 다시 수행할 때 상기 도 2a의 S214 단계 대신 S212 단계가 수행될 수 있으며, 이에 따라 시정수 산출 및 산출된 시정수에 따른 2차 튜닝 과정이 수행될 수 있다.
한편 상기 도 8은 계통이 단상인 경우를 가정한 것으로, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다. 즉 계통이 3상인 경우 R, S, T선 각각의 전력선에 복수의 저항이 병렬로 연결될 수 있으며, 일부가 스위치를 통해 연결되어 제어부(100)에 의해 전력선과의 연결이 제어될 수 있음은 물론이다.
한편 상기 도 8의 설명에서는 각각의 전력선에 두 개의 저항이 병렬로 연결되는 경우를 가정하여 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다. 즉, 얼마든지 더 많은 개수의 저항이 각 전력선에 병렬로 연결될 수 있다.
도 9는 측정 저항의 크기를 변경할 수 있도록 형성된 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치의 구조 예를 도시한 예시도이다.
도 9를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 절연 감시 장치(10)의 신호 측정부(120)에 구비된 측정 저항은 신호 생성부(130)에 병렬로 연결될 수 있는 복수의 저항을 포함할 수 있다. 그리고 상기 복수의 저항 중 일부는 스위치를 통해 연결되어 상기 제어부(100)의 제어에 따라 상기 복수의 저항이 병렬로 연결될 수 있는 구조를 가질 수 있다.
보다 자세하게, 도 9에서 보이고 있는 바와 같이, 측정 저항은 제1 측정 저항(Rm1)과, 제2 측정 저항(Rm2)을 포함하는 제1 전로와 상기 제2 측정 저항(Rm2)을 포함하지 않는 제2 전로, 그리고 상기 제1 전로와 제2 전로 중 어느 하나를 통해 상기 제1 측정 저항(Rm1)과 연결되어 회로를 형성하는 전환 스위치(750)를 포함할 수 있다. 이 경우 상기 전환 스위치(750)는 초기 상태로서 상기 제1 전로에 연결된 상태를 유지할 수 있다. 이 경우 제1 측정 저항(Rm1)과, 제2 측정 저항(Rm2)이 병렬로 연결됨으로써, 상기 제1 측정 저항(Rm1)과, 제2 측정 저항(Rm2)의 합성 저항으로 산출되는 측정 저항은 제1 측정 저항(Rm1)보다 작은 값을 가질 수 있다.
한편 제어부(100)는 상기 도 2a의 S226 단계를 통해 최종 절연 저항이 산출되면, 현재 시정수가 산출된 상태인지 여부를 판단할 수 있다. 그리고 시정수가 산출되지 못한 경우라면, 상기 전환 스위치(750)를 제어하여 상기 제2 측정 저항(Rm2)을 포함하지 않는 제2 전로와 회로를 형성할 수도 있음은 물론이다. 이 경우 제1 측정 저항(Rm1)이 직렬로 연결됨으로써, 측정 저항이 보다 증가될 수 있다.　
그러면 측정 저항의 값이 증가하므로 기울기 비율이 증가할 수 있다. 이 경우 증가된 기울기 비율이 임계값 이상이 되면, 절연 저항을 산출하기 위해 상기 도 2a의 과정을 다시 수행할 때 상기 도 2a의 S214 단계 대신 S212 단계가 수행될 수 있으며, 이에 따라 시정수 산출 및 산출된 시정수에 따른 2차 튜닝 과정이 수행될 수 있다.
또한 상기 기울기 비율을 증가시키기 위해, 제어부(100)는 테스트 펄스의 진폭이 더 증가되도록 상기 신호 생성부(130)를 제어할 수도 있음은 물론이다. 그러면 테스트 펄스의 진폭 증가에 따라 기울기 비율이 증가할 수 있다. 이 경우 증가된 기울기 비율이 임계값 이상이 되면, 절연 저항을 산출하기 위해 상기 도 2a의 과정을 다시 수행할 때 상기 도 2a의 S214 단계 대신 S212 단계가 수행될 수 있으며, 이에 따라 시정수 산출 및 산출된 시정수에 따른 2차 튜닝 과정이 수행될 수 있다.
한편 제어부(100)는 최종 절연 저항의 산출이 완료된 경우, 시정수가 산출되지 않은 상태라면, 기울기 비율을 증가시키기 위해 상기 도 8에서 설명한 제1 스위치(700)와 제2 스위치(702), 그리고 도 9에서 설명한 전환 스위치(750) 및 테스트 펄스의 진폭 중 적어도 하나를 동시에 제어할 수도 있음은 물론이다. 즉, 제어부(100)는 기울기 비율을 증가시키기 위해 상기 제1 스위치(700)와 제2 스위치(702)만을 제어하거나 또는 상기 전환 스위치(750) 만을 제어할 수도 있다. 또는 상기 테스트 펄스의 진폭만을 증가시킬 수도 있다.
뿐만 아니라 제어부(100)는 상기 제1 스위치(700)와 제2 스위치(702) 그리고 상기 전환 스위치(750)를 동시에 제어할 수 있다. 또는 상기 제1 스위치(700)와 제2 스위치(702)를 제어하고 동시에 테스트 펄스의 진폭을 증가시킬 수도 있다. 또는 상기 전환 스위치(750)를 제어함과 동시에 테스트 펄스의 진폭을 증가시킬 수도 있다. 또는 상기 제1 스위치(700)와 제2 스위치(702)를 제어하고, 상기 전환 스위치(750)를 제어함과 동시에 테스트 펄스의 진폭을 증가시킬 수도 있다. 즉 3가지 수단 모두를 함께 사용할 수도 있음은 물론이다. 이처럼 두 가지 이상의 수단을 동시에 제어하는 경우, 어느 하나만의 수단을 제어하는 것보다 더 효과적으로 기울기의 비율을 증가시킬 수 있음은 물론이다.
또는 제어부(100)는 먼저 어느 하나의 수단만을 사용하여 최종 절연 저항을 산출하고, 상기 수단이 사용되었음에도 불구하고 시정수가 산출되지 않는 경우 복수의 수단을 동시에 사용할 수도 있다. 즉, 최종 절연 저항을 산출하는 과정에서 시정수가 산출되지 않는 경우 제어부(100)는 먼저 상기 제1 스위치(700)와 제2 스위치(702), 전환 스위치(750) 또는 테스트 펄스 진폭 제어 중 어느 하나의 수단만을 사용하여 기울기 비율을 증가시킬 수 있다. 그럼에도 불구하고 다음 최종 절연 저항을 산출하는 과정에서 시정수가 산출되지 않는 경우 제어부(100)는 두 가지의 수단을 동시에 사용하여 기울기 비율을 증가시킬 수 있다. 그리고 다음 최종 절연 저항을 산출하는 과정에서, 시정수가 또 산출되지 않는 경우 제어부(100)는 세 가지의 수단을 모두 함께 사용하여 기울기의 비율을 증가시킬 수도 있다.
한편 상술한 본 발명의 실시 예에서는 도 2a의 S208 단계에서 산출된 기울기 비율이 기 설정된 임계값 미만인 경우에, 초기 샘플링 간격(tn0)에 따라 2차 튜닝을 수행하는 구성을 설명하였으나, 이와는 달리 상기 산출된 기울기 비율이 임계값 미만인 경우 기 설정된 최소 기울기 비율값이 적용될 수도 있음은 물론이다. 그러면 상기 최소 기울기 비율값에 대한 자연로그(ln) 연산 결과와 제1 기준점과 시작점 사이의 시간 간격에 따라 시정수가 산출될 수 있으며, 산출된 시정수에 따라, 도 5a에서 설명한 바와 같이 초기 샘플링 간격 재설정 및, 재설정된 초기 샘플링 간격에 따른 2차 튜닝이 수행될 수도 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 (22)

  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 차이를 비교하는 튜닝 과정을 수행하고, 상기 평균 전압의 차이가 기 설정된 오차 범위 이내인 경우 샘플링이 시작된 시작점으로부터 경과된 시간이 일정 시간 이상인지 여부에 따라 상기 제2 평균 전압을 정상 상태 전압으로 검출하거나, 상기 튜닝 과정을 다시 수행하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    기 설정된 제1 시간 배수에 따라 1차 튜닝 과정을 수행하고, 1차 튜닝 결과, 상기 제1 평균 전압과 상기 제2 평균 전압의 차이가 기 설정된 제1 오차 이하인 경우, 상기 제1 시간 배수와 다른 제2 시간 배수에 따라 평균 전압을 산출할 샘플링 구간의 샘플링 간격을 결정하는 2차 튜닝 과정을 수행하며,　
    상기 2차 튜닝 결과 상기 제1 평균 전압과 상기 제2 평균 전압의 차이가, 기 설정된 정상 전압 오차 이하인 경우, 2차 튜닝이 수행된 시작된 시점으로부터 상기 일정 시간이 경과하였는지 여부에 따라 상기 제2 평균 전압을 정상 상태 전압으로 검출하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 시간 배수는,
    상기 제1 시간 배수보다 큰 값을 가지며,
    상기 제1 시간 배수는 1의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 1차 튜닝 결과, 상기 제1 평균 전압과 상기 제2 평균 전압의 차이가 기 설정된 제1 오차 이하인 경우 상기 1차 튜닝을 종료하며,
    상기 시작점과, 상기 초기 샘플링 간격, 그리고 상기 1차 튜닝이 종료된 종료 시점에 근거하여 적어도 하나의 기준점들을 결정하고, 결정된 기준점들에 따른 전압들의 전압차에 근거하여 복수의 전압 기울기를 산출하며,
    산출된 전압 기울기에 따른 기울기 비율에 근거하여 시정수를 산출 및, 산출된 시정수에 근거하여 상기 일정 시간을 결정하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 1차 튜닝이 종료되면, 상기 시작점과 상기 시작점으로부터 상기 초기 샘플링 간격만큼 경과된 시점, 그리고 상기 1차 튜닝이 종료된 시점과, 상기 1차 튜닝이 종료된 시점으로부터 상기 초기 샘플링 간격 이전 시점을 상기 기준점들로 결정하며,
    결정된 기준점들에 근거하여 하기 수학식 2에 따라 기울기 비율을 산출하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치.
    [수학식 2]
    Figure 112020133085714-pat00028

    여기서, 시작점은 상기 샘플링이 시작된 시점, 상기 제1 기준점은 상기 시작점으로부터 초기 샘플링 간격만큼 경과한 시점, 상기 제3 기준점은 상기 1차 튜닝이 종료된 시점, 상기 제2 기준점은 상기 제3 기준점으로부터 상기 초기 샘플링 간격 이전 시점이며,
    상기 시작 전압은 시작점의 전압을, 상기 제1 전압은 상기 제1 기준점의 전압을, 상기 제2 전압은 상기 제2 기준점의 전압을, 상기 제3 전압은 상기 제3 기준점의 전압을 의미함.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 기울기 비율에 대한 자연로그(ln) 연산 결과와, 상기 초기 샘플링 간격에 따라 시정수(
    Figure 112020133085714-pat00029
    )를 산출하고,
    상기 산출된 시정수의 기 설정된 배수에 근거하여 상기 일정 시간을 결정하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 산출된 기울기 비율이 기 설정된 임계값 이상인지 여부에 따라 상기 시정수를 산출하며,
    상기 시정수가 산출되면, 산출된 시정수 및 하기 수학식 6에 근거하여 상기 초기 샘플링 간격을 재설정하고, 재설정된 초기 샘플링 간격에 근거하여 상기 2차 튜닝 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치.
    [수학식 6]
    Figure 112019135807019-pat00030

    여기서 tn은 재설정된 초기 샘플링 간격,
    Figure 112019135807019-pat00031
    는 시정수임.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 산출된 기울기 비율과 상기 임계값을 비교한 결과에 따라 상기 시정수가 산출되지 않는 경우, 상기 초기 샘플링 간격에 근거하여 상기 2차 튜닝 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 시정수가 산출되지 않는 경우, 상기 신호 생성부를 제어하여 상기 펄스 신호의 진폭을 증가시키는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 계통의 전력선 각각에 병렬로 연결되는 복수의 저항들과, 상기 복수의 저항 중 일부를 상기 전력선 각각에 연결시키는 스위치들을 포함하는 커플러(coupler) 저항을 더 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 시정수가 산출되지 않는 경우, 상기 전력선 각각에 복수의 저항이 병렬로 연결되도록 상기 스위치들을 제어하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 신호 측정부는,
    제1 측정 저항, 제2 측정 저항을 포함하는 제1 전로, 상기 제2 측정 저항을 포함하지 않는 제2 전로, 그리고 상기 제1 전로와 제2 전로 중 어느 하나를 통해 상기 제1 측정 저항과 연결되어 회로를 형성하는 전환 스위치를 포함하며, 적어도 하나의 측정 저항의 양단 전압에 근거하여 상기 인가된 펄스 신호의 전압을 검출하고,
    상기 제어부는,
    상기 시정수가 산출되지 않는 경우, 상기 제2 전로에 상기 제1 측정 저항이 연결되어 회로가 형성되도록 상기 전환 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치.
  12. 제7항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 산출된 기울기 비율이 상기 임계값 미만인 경우, 기 설정된 기울기 비율 최소값에 대한 자연로그(ln) 연산 결과와, 상기 시작점과 상기 초기 샘플링 간격에 따라 시정수를 산출하는 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 신호를 인가하는 단계;
    초기 샘플링 간격을 결정하는 단계;
    상기 초기 샘플링 간격과 제1 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 산출된 제2 평균 전압의 차이를 비교하는 1차 튜닝을 수행하는 단계;
    상기 1차 튜닝 결과, 상기 제1 평균 전압과 제2 평균 전압의 차이가 기 설정된 제1 오차 범위 이내인지 여부를 검출하는 단계;
    상기 전압 차이가 상기 제1 오차 범위 이내인지 여부에 따라, 상기 1차 튜닝을 종료하고, 기 설정된 샘플링 간격과 제2 시간 배수에 근거하여 샘플링 간격을 산출하고, 산출된 샘플링 간격에 따른 샘플링 구간 동안의 평균 전압을 산출하며, 산출된 제3 평균 전압과, 상기 제3 평균 전압 이전에 산출된 제4 평균 전압의 차이를 비교하는 2차 튜닝을 수행하는 단계;
    상기 2차 튜닝 결과, 상기 제3 평균 전압과 제4 평균 전압의 차이가 정상 전압 오차 범위 이내인지 여부를 검출하는 단계;
    상기 제3 평균 전압과 제4 평균 전압의 차이가 상기 정상 전압 오차 범위 이내인 경우, 상기 2차 튜닝이 시작된 시점으로부터 일정 시간이 경과되었는지 여부를 검출하고, 상기 일정 시간이 경과한 경우라면 상기 제3 평균 전압을 상기 인가된 펄스 신호에 따른 정상 상태 전압으로 검출하는 단계; 및,
    상기 2차 튜닝 결과 상기 제3 평균 전압과 제4 평균 전압의 차이가 상기 정상 전압 오차 범위를 초과하거나, 상기 2차 튜닝이 시작된 시점으로부터 일정 시간이 경과하지 않은 경우, 상기 2차 튜닝을 반복 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치의 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 2차 튜닝을 수행하는 단계는,
    상기 1차 튜닝을 위한 샘플링의 시작점과, 상기 초기 샘플링 간격, 그리고 상기 1차 튜닝이 종료된 종료 시점에 근거하여 적어도 하나의 기준점들을 결정하는 단계;
    결정된 기준점들에 따른 전압들의 전압차에 근거하여 복수의 전압 기울기를 산출 및, 산출된 복수의 기울기에 따른 기울기 비율을 산출하는 단계; 및,
    산출된 상기 기울기 비율에 근거하여 시정수를 산출하고, 산출된 시정수에 따라 상기 일정 시간을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치의 제어 방법.　
  15. 제14항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기준점들을 결정하는 단계는,
    상기 시작점과 상기 시작점으로부터 상기 초기 샘플링 간격만큼 경과된 시점, 그리고 상기 1차 튜닝이 종료된 시점과, 상기 1차 튜닝이 종료된 시점으로부터 상기 초기 샘플링 간격 이전 시점을 상기 기준점들로 결정하는 단계이며,
    상기 기울기 비율을 산출하는 단계는,
    상기 기준점들에 근거하여 하기 수학식 2에 따라 기울기 비율을 산출하는 단계임을 특징으로 하는 절연 감시 장치의 제어 방법.
    [수학식 2]
    Figure 112020133085714-pat00032

    여기서, 시작점은 상기 1차 튜닝을 위한 샘플링이 시작된 시점, 상기 제1 기준점은 상기 시작점으로부터 초기 샘플링 간격만큼 경과한 시점, 상기 제3 기준점은 상기 1차 튜닝이 종료된 시점, 상기 제2 기준점은 상기 제3 기준점으로부터 상기 초기 샘플링 간격 이전 시점이며,
    상기 시작 전압은 시작점의 전압을, 상기 제1 전압은 상기 제1 기준점의 전압을, 상기 제2 전압은 상기 제2 기준점의 전압을, 상기 제3 전압은 상기 제3 기준점의 전압을 의미함.
  16. 제15항에 있어서, 상기 일정 시간을 결정하는 단계는,
    상기 기울기 비율에 대한 자연로그(ln) 연산 결과와, 상기 초기 샘플링 간격에 따라 시정수(
    Figure 112020133085714-pat00033
    )를 산출하는 단계; 및,
    상기 산출된 시정수의 기 설정된 배수에 근거하여 상기 일정 시간을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치의 제어 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 일정 시간을 결정하는 단계는,
    상기 산출된 기울기 비율이 기 설정된 임계값 이상인지 여부를 검출하는 단계;
    상기 기울기 비율이 상기 임계값 이상인 경우 상기 시정수를 산출하는 단계; 및,
    상기 시정수가 산출되면, 산출된 시정수 및 하기 수학식 6에 근거하여 상기 초기 샘플링 간격을 재설정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 2차 튜닝을 수행하는 단계는,
    상기 재설정된 초기 샘플링 간격에 근거하여 상기 2차 튜닝 과정을 수행하는 단계임을 특징으로 하는 절연 감시 장치의 제어 방법.
    [수학식 6]
    Figure 112019135807019-pat00034

    여기서 tn은 재설정된 초기 샘플링 간격,
    Figure 112019135807019-pat00035
    는 시정수임.
  18. 제17항에 있어서, 상기 2차 튜닝을 수행하는 단계는,
    상기 시정수가 산출되지 않는 경우, 상기 초기 샘플링 간격에 근거하여 상기 2차 튜닝 과정을 수행하는 단계임을 특징으로 하는 절연 감시 장치의 제어 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 인가된 펄스 신호에 따른 정상 상태 전압을 검출하는 단계는,
    상기 인가된 펄스 신호에 따른 정상 상태 전압이 검출되면, 검출된 정상 상태 전압에 근거하여, 상기 절연 저항의 크기를 산출하는 단계를 더 포함하며,
    상기 절연 저항의 크기를 산출하는 단계는,
    상기 시정수가 산출되지 않는 경우, 상기 기울기 비율을 증가시키는 단계를 더 포함하며,
    상기 기울기 비율을 증가시키는 단계는,
    상기 펄스 신호의 진폭을 증가시키는 단계임을 특징으로 하는 절연 감시 장치의 제어 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 절연 감시 장치는,
    상기 계통의 전력선 각각에 병렬로 연결되는 복수의 저항들과, 상기 복수의 저항 중 일부를 상기 전력선 각각에 연결시키는 스위치들을 포함하는 커플러(coupler) 저항을 더 포함하며,
    상기 기울기 비율을 증가시키는 단계는,
    상기 전력선 각각에 복수의 저항이 병렬로 연결되도록 상기 스위치들을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치의 제어 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 절연 감시 장치는,
    제1 측정 저항, 제2 측정 저항을 포함하는 제1 전로, 상기 제2 측정 저항을 포함하지 않는 제2 전로, 그리고 상기 제1 전로와 제2 전로 중 어느 하나를 통해 상기 제1 측정 저항과 연결되어 회로를 형성하는 전환 스위치를 포함하며, 적어도 하나의 측정 저항의 양단 전압에 근거하여, 상기 인가된 펄스 신호의 전압을 검출하는 신호 측정부를 더 포함하고,
    상기 기울기 비율을 증가시키는 단계는,
    상기 제2 전로에 상기 제1 측정 저항이 연결되어 회로가 형성되도록 상기 전환 스위치를 제어하는 단계임을 특징으로 하는 절연 감시 장치의 제어 방법.
  22. 제17항에 있어서, 상기 시정수를 산출하는 단계는,
    상기 기울기 비율이 상기 임계값 미만인 경우, 기 설정된 기울기 비율 최소값에 대한 자연로그(ln) 연산 결과와, 상기 시작점과 상기 초기 샘플링 간격에 따라 상기 시정수를 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 감시 장치의 제어 방법.
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