KR102293345B1 - 누설 전류를 검출하는 누설 전류 검출 장치, 방법 및 프로그램 - Google Patents

누설 전류를 검출하는 누설 전류 검출 장치, 방법 및 프로그램 Download PDF

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Abstract

3상을 Y결선하고 중성점을 접지하여 접지선을 인출한 3상 4선식의 피측정 전선로에 흐르고 있는 누설 전류를 검출하는 누설 전류 검출부(11)와, 피측정 전선로 중 어느 2상의 사이에 인가되고 있는 전압을 검출하는 전압 검출부(12)와, 누설 전류와 전압 검출부(12)에 의해 검출된 전압에 기초하여, 위상차를 검출하는 위상차 검출부(13)와, 위상차와, 누설 전류에 기초하여, 피측정 전선로에 흐르고 있는 누설 전류에 포함되어 있는 대지 절연 저항에 기인하는 저항 성분 누설 전류를 산출하는 저항 성분 누설 전류 산출부(14)와, 위상차가 소정의 범위내인지 여부를 판단하여, 위상차가 소정의 범위내가 아니라고 판단했을 경우, 위상차 검출부(13)에 의해 검출된 위상차를 전압 검출부(12)에 송신하는 판단 처리부(15)를 구비한다. 전압 검출부(12)는, 위상차에 기초하여, 피측정 전선로에 있어서의 전압을 검출하는 상을 전환하고, 전환한 후의 2상의 사이에 인가되고 있는 전압을 검출한다.

Description

누설 전류를 검출하는 누설 전류 검출 장치, 방법 및 프로그램
본 발명은 누설 전류를 검출하는 누설 전류 검출 장치, 방법 및 프로그램에 관한 것이다.
전기의 이용은, 편리한 반면, 적절한 관리나 사용을 잘못하면, 매우 위험한 측면도 가지고 있어, 전기 화재나 감전 사고 등의 중대한 사고를 발생시킬 가능성도 적지 않다.
예를 들면, 그 중대사고의 원인 중 하나로서, 전로(電路)나 기기의 절연 불량에 깊게 관계하고 있는 것이 누설 전류 I이다. 여기서, 누설 전류 I에는, 대지 정전 용량에 기인하는 누설 전류(Igc)와, 절연 저항에 직접 관여하고 있는 대지 절연 저항에 기인하는 누설 전류(이하, 「Igr」이라고 함.)가 포함되어 있다. 상술한 전기 화재 등을 발생시키는 원인은, 절연 저항의 존재이다. 따라서, Igr만을 정확하게 검출할 수 있으면, 회로의 절연 상태를 체크할 수 있어, 누전 화재 등의 대참사를 피할 수 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에서는, 피측정 전선로 A의 전체를 클램프하고, 피측정 전선로 A에 흐르고 있는 누설 전류 I를 검출하는 CT센서부와, 피측정 전선로 A의 전압을 검출하는 전압 검출부와, 누설 전류 I와 피측정 전선로 A의 전압에 기초하여, 위상 펄스폭을 측정하는 위상 펄스폭 측정부와, 피측정 전선로 A의 전압에 기초하여, 전원 주파수를 측정하는 전원 주파수 측정부와, 위상 펄스폭 측정부로 측정된 위상 펄스폭과, 전원 주파수 측정부로 측정된 전원 주파수로부터 피측정 전선로 A에 흐르는 누설 전류 I의 위상 각도를 산출하는 위상 각도 산출부와, 위상 각도 산출부로 산출된 누설 전류 I의 위상 각도와, 누설 전류 I에 기초하여, Igr을 산출하는 누설 전류 산출부 등을 구비하는 누설 전류 차단 장치가 개시되어 있다.
일본 특허 제4159590호 공보
그렇지만, 특허문헌 1에 개시되어 있는 누설 전류 차단 장치는, 3상을 Δ결선하고, 3상 중 1상을 접지하는 결선 방식(이른바, Δ결선 방식)을 전제로 하고 있어, 3상을 Y결선하고, 중성점을 접지하여 접지선을 인출한 3상 4선식의 결선 방식(이른바, Y결선 방식)에 적용할 수 있는 것은 아니다.
Y결선 방식에서는, 3상에 대지 전압이 발생하고 있어, 전선로의 절연 열화에 의한 누전 전류는 이 3상의 전압을 고려할 필요가 있다. 즉, 배전선의 접지 구성이나 전압의 발생 지점이 다르기 때문에, 특허문헌 1에 기재되어 있는 기술을 Y결선 방식에 그대로 적용할 수 있는 것은 아니다.
본 발명에서는, Y결선 방식에 있어서, Igr을 정확하게 검출할 수 있는 누설 전류 검출 장치, 방법 및 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 양태에 있어서의 누설 전류 검출 장치는, 3상(R상, S상, T상)을 Y결선하고 중성점을 접지하여 접지선을 인출한 3상 4선식의 피측정 전선로에 흐르고 있는 누설 전류를 검출하는 누설 전류 검출부와, 상기 피측정 전선로 중 어느 2상의 사이에 인가되고 있는 전압을 검출하는 전압 검출부와, 누설 전류 검출부에 의해 검출된 누설 전류와 상기 전압 검출부에 의해 검출된 전압에 기초하여, 위상차를 검출하는 위상차 검출부와, 상기 위상차 검출부에 의해 검출된 위상차와, 상기 누설 전류 검출부에 의해 검출된 누설 전류에 기초하여, 상기 피측정 전선로에 흐르고 있는 누설 전류에 포함되어 있는 대지 절연 저항에 기인하는 저항 성분 누설 전류를 산출하는 저항 성분 누설 전류 산출부와, 상기 위상차 검출부에 의해 검출된 위상차가 소정의 범위내인지 여부를 판단하여, 위상차가 소정의 범위내가 아니라고 판단했을 경우, 상기 위상차 검출부에 의해 검출된 위상차를 상기 전압 검출부에 송신하는 판단 처리부를 구비하고, 상기 전압 검출부는, 상기 판단 처리부로부터 송신되어 온 위상차에 기초하여, 상기 피측정 전선로에 있어서의 전압을 검출하는 상을 전환하고, 전환한 후의 2상의 사이에 인가되고 있는 전압을 검출한다.
본 발명의 일 양태에 있어서의 누설 전류 검출 방법은, 3상(R상, S상, T상)을 Y결선하고 중성점을 접지하여 접지선을 인출한 3상 4선식의 피측정 전선로에 흐르고 있는 누설 전류를 검출하는 누설 전류 검출 공정과, 상기 피측정 전선로 중 어느 2상의 사이에 인가되고 있는 전압을 검출하는 전압 검출 공정과, 누설 전류 검출 공정에 의해 검출된 누설 전류와 상기 전압 검출 공정에 의해 검출된 전압에 기초하여, 위상차를 검출하는 위상차 검출 공정과, 상기 위상차 검출 공정에 의해 검출된 위상차와, 상기 누설 전류 검출 공정에 의해 검출된 누설 전류에 기초하여, 상기 피측정 전선로에 흐르고 있는 누설 전류에 포함되어 있는 대지 절연 저항에 기인하는 저항 성분 누설 전류를 산출하는 저항 성분 누설 전류 산출 공정과, 상기 위상차 검출 공정에 의해 검출된 위상차가 소정의 범위내인지 여부를 판단하여, 위상차가 소정의 범위내가 아니라고 판단했을 경우, 상기 위상차 검출 공정에 의해 검출된 위상차를 상기 전압 검출 공정으로 송신하는 판단 처리 공정을 구비하고, 상기 전압 검출 공정은, 상기 판단 처리 공정으로부터 송신되어 온 위상차에 기초하여, 상기 피측정 전선로에 있어서의 전압을 검출하는 상을 전환하고, 전환한 후의 2상의 사이에 인가되고 있는 전압을 검출한다.
본 발명의 일 양태에 있어서의 누설 전류 검출 프로그램은, 3상(R상, S상, T상)을 Y결선하고 중성점을 접지하여 접지선을 인출한 3상 4선식의 피측정 전선로에 흐르고 있는 누설 전류를 검출하는 누설 전류 검출 공정과, 상기 피측정 전선로 중 어느 2상의 사이에 인가되고 있는 전압을 검출하는 전압 검출 공정과, 누설 전류 검출 공정에 의해 검출된 누설 전류와 상기 전압 검출 공정에 의해 검출된 전압에 기초하여, 위상차를 검출하는 위상차 검출 공정과, 상기 위상차 검출 공정에 의해 검출된 위상차와, 상기 누설 전류 검출 공정에 의해 검출된 누설 전류에 기초하여, 상기 피측정 전선로에 흐르고 있는 누설 전류에 포함되어 있는 대지 절연 저항에 기인하는 저항 성분 누설 전류를 산출하는 저항 성분 누설 전류 산출 공정과, 상기 위상차 검출 공정에 의해 검출된 위상차가 소정의 범위내인지 여부를 판단하여, 위상차가 소정의 범위내가 아니라고 판단했을 경우, 상기 위상차 검출 공정에 의해 검출된 위상차를 상기 전압 검출 공정으로 송신하는 판단 처리 공정을 컴퓨터에 의해서 실현하기 위한 누설 전류 검출 프로그램으로서, 상기 전압 검출 공정은, 상기 판단 처리 공정으로부터 송신되어 온 위상차에 기초하여, 상기 피측정 전선로에 있어서의 전압을 검출하는 상을 전환하고, 전환한 후의 2상의 사이에 인가되고 있는 전압을 검출한다.
본 발명에 의하면, Y결선 방식에 있어서, Igr을 정확하게 검출할 수 있다.
도 1은 누설 전류 검출 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 누설 전류에 포함되어 있는 Igc에 대한 설명을 위한 도면이다.
도 3은 제1 기준 전압에 기초하는 위상차와 Igr의 관계에 대한 설명을 위한 도면이다.
도 4는 제2 기준 전압에 기초하는 위상차와 Igr의 관계에 대한 설명을 위한 도면이다.
도 5는 제3 기준 전압에 기초하는 위상차와 Igr의 관계에 대한 설명을 위한 도면이다.
도 6은 각 상 저항 성분 누설 전류 산출부에 의해 각 상의 Igr을 산출하는 절차에 대한 설명을 위한 도면이다.
도 7은 각 상 저항 성분 누설 전류 산출부의 동작에 대한 설명을 위한 도면이다.
도 8은 클램프의 구성에 대한 설명을 위한 도면이다.
도 9는 누설 전류 검출 장치에 의해 Igr을 검출하는 절차에 대한 설명을 위한 플로차트이다.
이하, 본 실시 형태에 대해 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 본 실시 형태는, 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 실시 형태에서 설명되는 구성의 전부가, 본 발명의 필수 구성 요건이라고는 할 수 없다.
누설 전류 검출 장치(1)는 3상(R상, S상, T상)을 Y결선하고 중성점을 접지하여 접지선(G)을 인출한 3상 4선식의 피측정 전선로에 흐르고 있는 누설 전류를 검출하고, 누설 전류에 포함되어 있는 대지 절연 저항에 기인하는 저항 성분 누설 전류(이하, 「Igr」이라고 함.)를 산출한다. 또한, 누설 전류에는, Igr 외에, 대지 정전 용량에 기인하는 누설 전류 성분(이하, 「Igc」라고 함.)이 포함되어 있다. Igc는, 피측정 전선로의 길이에 따라 용량이 증대될 뿐만 아니라, 전기 기기에 사용되고 있는 인버터나 노이즈 필터 등에 기인하는 고조파 왜곡 전류에 의해서도 용량이 증대된다. 누설 전류 검출 장치(1)에서는, 누설 전류로부터 전기 화재 등을 발생시키는 원인이 되는 Igr을 추출하는 것을 목적으로 하고 있다.
이하에, 누설 전류 검출 장치(1)의 구체적인 구성에 대해 설명한다. 누설 전류 검출 장치(1)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 누설 전류 검출부(11)와, 전압 검출부(12)와, 위상차 검출부(13)와, 저항 성분 누설 전류 산출부(14)와, 판단 처리부(15)를 구비한다.
누설 전류 검출부(11)는 피측정 전선로에 흐르고 있는 누설 전류 I를 검출한다. 구체적으로는, 누설 전류 검출부(11)는 클램프부(10)를 이용하여 피측정 전선로를 클램프하고, 피측정 전선로에 흐르고 있는 누설 전류를 검출한다. 또한, 클램프부(10)는, 도 1에 실선으로 나타내는 바와 같이, 피측정 전선로의 3상을 일괄해서 끼워넣는 형태여도 되고, 도 1에 점선으로 나타내는 바와 같이, 접지선(G)만을 끼워넣는 형태여도 된다. 또한, 클램프부(10)는 피측정 전선로를 구성하는 전선로를 선택적으로 끼워넣는 구성이어도 되고, 피측정 전선로를 구성하는 전선로를 하나씩 선택적으로 끼워넣는 구성이어도 된다.
또한, 누설 전류 검출부(11)는 검출한 누설 전류의 실효값을 산출한다. 누설 전류 검출부(11)는 산출한 누설 전류의 실효값을 위상차 검출부(13)와 저항 성분 누설 전류 산출부(14)에 출력한다.
전압 검출부(12)는 피측정 전선로의 3상 모두가 접속되어 있고, 그 중의 어느 2상의 사이에 인가되고 있는 전압을 검출한다. 이하에서는, R상-T상 사이에서 검출한 전압을 제1 기준 전압 VR-T라고 하고, T상-S상 사이에서 검출한 전압을 제2 기준 전압 VT-S라고 하고, S상-R상 사이에서 검출한 전압을 제3 기준 전압 VS-R이라고 한다. 또한, 엄밀하게는, 전압 검출부(12)는 검출한 전압의 실효값을 위상차 검출부(13)에 출력한다.
위상차 검출부(13)는 누설 전류 검출부(11)에 의해 검출된 누설 전류의 실효값과 전압 검출부(12)에 의해 검출된 전압(예를 들면, 제1 기준 전압 VR-T)의 실효값에 기초하여, 위상차 θ를 검출한다. 구체적으로는, 위상차 검출부(13)는 제1 기준 전압 VR-T의 제로크로스(zero-cross)하는 점과 누설 전류의 제로크로스하는 점에 기초하여, 제1 기준 전압 VR-T와 누설 전류의 위상차 θ를 검출한다.
저항 성분 누설 전류 산출부(14)는 위상차 검출부(13)에 의해 검출된 위상차 θ와, 누설 전류 검출부(11)에 의해 검출된 누설 전류의 실효값에 기초하여, 피측정 전선로에 흐르고 있는 누설 전류에 포함되어 있는 대지 절연 저항에 기인하는 저항 성분 누설 전류를 산출한다.
구체적으로는, 저항 성분 누설 전류 산출부(14)는 위상차 검출부(13)에 의해 검출된 위상차 θ와, 누설 전류 검출부(11)에 의해 검출된 누설 전류의 실효값 I0에 기초하여, 피측정 전선로에 흐르고 있는 누설 전류에 포함되어 있는 대지 절연 저항에 기인하는 저항 성분 누설 전류 Igr을 (1)식에 의해 산출한다. 또한, (1)식의 도출 방법에 대해서는, 후술한다.
Igr = I0 × sinθ/cos(π/3) … (1)
＜Igc에 대한 고찰＞
여기서, 누설 전류에 포함되어 있는 Igc에 대해 도 2를 이용하여 고찰한다. 또한, 이하에서는, R상에 발생하고 있는 Igc를 Igc(r)이라고 하고, T상에 발생하고 있는 Igc를 Igc(t)라고 하고, S상에 발생하고 있는 Igc를 Igc(s)라고 한다. 또한, Igc(r), Igc(t) 및 Igc(s)는, 평형을 이루고 있는 것으로 한다.
도 2에 나타내는 바와 같이, Igc(r)은 R상으로부터 π/2 진행한 곳에 발생하고, Igc(t)는 T상으로부터 π/2 진행한 곳에 발생한다. 따라서, Igc(r)과 Igc(t)를 합성한 벡터 Igc(rt)는, X축 상에 나타낼 수 있다. 또한, Igc(s)는 S상으로부터 π/2 진행한 곳(X축 상)에 발생한다. 따라서, 3상 모든 정전 용량을 합성한 성분 Igc(rts)는, 벡터 Igc(rt)와 Igc(s)에 의해 캔슬된다. 즉, 3상의 대지 정전 용량인 Igc(r), Igc(t) 및 Igc(s)가 평형을 이루고 있을 때에는, 각 상의 대지 정전 용량은 고려하지 않아도 되게 된다. 이것에 의해, 피측정 전선로에서의 대지 정전 용량을 캔슬할 수 있고, 또한 필터 효과에 의해 고조파나 노이즈의 영향을 받지 않는 저항분 누설 전류 Igr을 고정밀도로 검출할 수 있다.
＜판단 처리부의 동작＞
판단 처리부(15)는 위상차 검출부(13)에 의해 검출된 위상차가 소정의 범위내인지 여부를 판단하여, 위상차가 소정의 범위내가 아니라고 판단했을 경우, 위상차 검출부(13)에 의해 검출된 위상차를 전압 검출부(12)에 송신한다. 전압 검출부(12)는, 판단 처리부(15)로부터 송신되어 온 위상차에 기초하여, 피측정 전선로에 있어서의 전압을 검출하는 상을 전환하고, 전환한 후의 2상의 사이에 인가되고 있는 전압을 검출한다.
구체적으로는, 판단 처리부(15)는 위상차 검출부(13)에 의해 검출된 위상차 θ가 소정의 범위인, π/6≤θ≤5π/6에 포함되어 있는지 여부를 판단하여, 당해 범위에 포함되어 있지 않은 경우에는, 위상차 θ를 전압 검출부(12)에 송신한다.
전압 검출부(12)는 피측정 전선로의 R상과 T상의 사이에 인가되고 있는 전압(제1 기준 전압 VR-T)을 검출하고 있는 상태에 있어서, 위상차 θ가, 5π/6≤θ≤3π/2에 포함되어 있는 경우에는, T상과 S상의 사이에 인가되고 있는 전압(제2 기준 전압 VT-S)을 검출하도록 전환한다.
또한, 전압 검출부(12)는 피측정 전선로의 R상과 T상의 사이에 인가되고 있는 전압(제1 기준 전압 VR-T)을 검출하고 있는 상태에 있어서, 위상차 θ가, 3π/2≤θ≤13π/6에 포함되어 있는 경우에는, S상과 R상의 사이에 인가되고 있는 전압(제3 기준 전압 VS-R)을 검출하도록 전환한다.
이와 같이 하여, 누설 전류 검출 장치(1)는, 이동 원점 방식을 채용함으로써, 위상차 θ가 어느 범위라도 (1)식에 의해 Igr을 산출할 수 있어, Y결선 방식에 있어서, Igr을 정확하게 검출할 수 있다.
＜이동 원점 방식의 설명＞
여기서, 이동 원점 방식에 대해 설명한다. 또한, 이하에서는, 3상의 대지 정전 용량인 Igc(r), Igc(t) 및 Igc(s)가 평형을 이루고 있는 것으로 하고, 3상 각 상의 대지 정전 용량은 고려하지 않는다.
도 3은, 제1 기준 전압 VR-T에 기초하여, 위상차 검출부(13)로 검출된 위상차 θ가 π/6≤θ≤5π/6의 범위내인 경우에 있어서, 저항 성분 누설 전류 산출부(14)에 의해 산출되는 Igr의 설명도이다. 또한, 도 3에서는, R상 및 T상 양방에 누전이 발생했을 경우를 나타내고 있다.
R상 및 T상 양방에 누전이 발생했을 경우에는, R상의 저항 성분 누설 전류 Igr(r)과 T상의 저항 성분 누설 전류 Igr(t)가 발생한다.
또한, 누전 전류 I0는 3상 각 상의 대지 정전 용량은 고려하지 않기 때문에, R상 전압 VR과 동상의 저항 성분 누설 전류 Igr(r)과, T상 전압 VT와 동상의 T상의 저항 성분 누설 전류 Igr(t)의 벡터합으로 되는 것으로부터, 제1 기준 전압 VR-T를 기준(θ = 0)으로 했을 때, 누전 전류 I0는, π/6≤θ≤5π/6의 범위에 발생한다.
또한, 제1 기준 전압 VR-T를 기준(θ = 0)으로 했을 때에, 누전 전류 I0가 π/6≤θ≤5π/6의 범위에 발생했을 때에는, Igr은, R상만, T상만, 또는 R상과 T상 양방에 발생했다고 판단할 수 있다. 또한, R상에만 누전이 발생했을 때에는 θ = π/6이며, T상에만 누전이 발생했을 때에는 θ = 5π/6이다. R상 및 T상 양방에 누전이 발생했을 때에는 π/6＜θ＜5π/6의 범위이다.
또한, 도 3에 기초하면, R상T상 사이에 발생하고 있는 Igr(Igr = Igr(r)＋Igr(t))는, 이하와 같이 도출된다.
a = I0×sinθ … (2)
b = Igr×cos(π/3) … (3)
또한, a = b이다.
Igr = I0×sinθ/cos(π/3) … (4)
다음으로, 위상차 θ가 5π/6≤θ≤3π/2에 포함되어 있는 경우에는, 전압 검출부(12)는, 기준 전압을 검출하는 상을 전환하여, T상과 S상의 사이에 인가되고 있는 전압(제2 기준 전압 VT-S)을 검출한다.
도 4는 제2 기준 전압 VT-S에 기초하여, 위상차 검출부(13)로 검출된 위상차 θ가 π/6≤θ≤5π/6의 범위내인 경우에 있어서, 저항 성분 누설 전류 산출부(14)에 의해 산출되는 Igr의 설명도이다. 또한, 도 4에서는, T상 및 S상 양방에 누전이 발생했을 경우를 나타내고 있다.
T상 및 S상 양방에 누전이 발생했을 경우에는, T상의 저항 성분 누설 전류 Igr(t)와 S상의 저항 성분 누설 전류 Igr(s)가 발생한다.
또한, 누전 전류 I0는, 3상 각 상의 대지 정전 용량은 고려하지 않기 때문에, T상 전압 VT와 동상의 저항 성분 누설 전류 Igr(t)와, S상 전압 VS와 동상의 S상의 저항 성분 누설 전류 Igr(s)의 벡터합으로 되는 것으로부터, 제2 기준 전압 VT-S를 기준(θ = 0)으로 했을 때, 누전 전류 I0는, π/6≤θ≤5π/6의 범위에 발생한다.
또한, 제1 기준 전압 VR-T를 기준(θ = 0)으로 했을 때에, 누전 전류 I0가 5π/6≤θ≤3π/2의 범위에 발생했을 때에는, Igr은 T상만, S상만, 또는 T상과 S상 양방에 발생했다고 판단할 수 있다. 또한, T상에만 누전이 발생했을 때에는 θ = 5π/6이며, S상에만 누전이 발생했을 때에는 θ = 3π/2이다. T상 및 S상 양방에 누전이 발생했을 때에는, 5π/6＜θ＜3π/2의 범위이다.
또한, 도 4에 기초하면, T상 S상 사이에 발생하고 있는 Igr(Igr = Igr(t)＋Igr(s))는, 이하와 같이 도출된다.
c = I0×sinθ … (5)
d = Igr×cos(π/3) … (6)
또한, c = d이다.
Igr = I0×sinθ/cos(π/3) … (7)
즉, (7)식은, (4)식과 동일하므로, 위상차 θ가 5π/6≤θ≤3π/2에 포함되어 있는 경우라도 Igr의 산출식을 변경할 필요가 없다.
다음으로, 위상차 θ가 3π/2≤θ≤13π/6에 포함되어 있는 경우에는, 전압 검출부(12)는, 기준 전압을 검출하는 상을 전환하여, S상과 R상의 사이에 인가되고 있는 전압(제3 기준 전압 VS-R)을 검출한다.
도 5는, 제3 기준 전압 VS-R에 기초하여, 위상차 검출부(13)로 검출된 위상차 θ가 π/6≤θ≤5π/6의 범위내인 경우에 있어서, 저항 성분 누설 전류 산출부(14)에 의해 산출되는 Igr의 설명도이다. 또한, 도 5에서는, S상 및 R상 양방에 누전이 발생했을 경우를 나타내고 있다.
S상 및 R상 양방에 누전이 발생했을 경우에는, S상의 저항 성분 누설 전류 Igr(s)와 R상의 저항 성분 누설 전류 Igr(r)이 발생한다.
또한, 누전 전류 I0는, 3상 각 상의 대지 정전 용량은 고려하지 않기 때문에, S상 전압 VS와 동상의 저항 성분 누설 전류 Igr(s)와, R상 전압 VR과 동상의 R상의 저항 성분 누설 전류 Igr(r)의 벡터합으로 되는 것으로부터, 제3 기준 전압 VS-R을 기준(θ = 0)으로 했을 때, 누전 전류 I0는, π/6≤θ≤5π/6의 범위에 발생한다.
또한, 제1 기준 전압 VR-T를 기준(θ = 0)으로 했을 때에, 누전 전류 I0가 3π/2≤θ≤13π/6의 범위에 발생했을 때에는, Igr은 S상만, R상만, 또는 S상과 R상 양방에 발생했다고 판단할 수 있다. 또한, S상에만 누전이 발생했을 때에는 θ = 3π/2이며, R상에만 누전이 발생했을 때에는 θ = 13π/6(즉, θ = π/6)이다. S상 및 R상 양방에 누전이 발생했을 때에는, 3π/2＜θ＜13π/6의 범위이다.
또한, 도 5에 기초하면, S상 R상 사이에 발생하고 있는 Igr(Igr = Igr(s)＋Igr(r))은, 이하와 같이 도출된다.
e = I0×sinθ … (8)
f = Igr×cos(π/3) … (9)
또한, e = f이다.
Igr = I0×sinθ/cos(π/3) … (10)
즉, (10)식은, (4)식 및 (7)식과 동일하므로, 위상차 θ가 5π/6≤θ≤3π/2에 포함되어 있는 경우라도 Igr의 산출식을 변경할 필요가 없다.
따라서, 누설 전류 검출 장치(1)는 이동 원점 방식을 채용함으로써, 위상차 θ가 어느 범위라도 (1)식에 의해 Igr을 산출할 수 있으므로, 위상차 θ의 범위에 따라서, Igr의 산출식을 변경할 필요가 없는 메리트가 있다.
또한, 기준 전압은, 환경의 변화(예를 들면, 맑은 하늘로부터 우천으로 변화)에 의해 접지 저항이 변동되면, 변화한다. 즉, 제1 기준 전압 VR-T에 기초하여, T상-S상 사이에 발생한 Igr이나 S상-R상 사이에 발생한 Igr을 산출하면 오차가 발생한다. 그래서, 누설 전류 검출 장치(1)는 3상 모든 전압을 전압 검출부(12)로 받아들이고, 위상차에 기초하여, 기준 전압을 변경하는 이동 원점 방식을 채용함으로써, 기준 전압의 벡터가 변화해도, 정확한 Igr을 산출할 수 있다.
＜각 상 저항 성분 누설 전류 산출부의 동작＞
또한, 누설 전류 검출 장치(1)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 누설 전류 검출부(11)에 의해 검출된 누설 전류와, 저항 성분 누설 전류 산출부(14)에 의해 산출된 저항 성분 누설 전류와, 위상차 검출부(13)에 의해 검출된 위상차에 기초하여, 전압 검출부(12)에 의해 전압이 검출되어 있는 각 상 각각의 저항 성분 누설 전류를 산출하는 각 상 저항 성분 누설 전류 산출부(16)를 구비한다.
여기서, 누설 전류 I0가 10mA이며, 위상차가 90도의 위치에 발생하고 있는 경우를 일례로서, 도 6을 이용하여 설명한다. 또한, 도 6에 나타내는 예에서는, 3상 각 상의 대지 정전 용량은 캔슬되어, 누설 전류 I0가 Igr이라고 한다.
각 상 저항 성분 누설 전류 산출부(16)는 R상의 저항 성분 누설 전류 Igr(r)을 10mA로 산출하고, T상의 저항 성분 누설 전류 Igr(t)를 10mA로 산출한다.
도 7에 실험 데이터를 나타낸다. 실험의 제조건은, 이하와 같다.
·시험 일시: 2017/2/24, 13:00
·온습도: 23℃/39%
·시험 장소: 일본 사토리(SATORI) 전기 시바 별관 4F 실험실
·장치 제조 번호: STRI1FZ0007
·장치 프로그램 Ver: 1. 10. 00
·전원: 덴켄(DENKEN)제 MDAC-5A(2016/9/21 교정, 2017/9/20 기한)
·사용 트랜스: 유니온(UNION) 전기제 MCW-6-2040(Y200V→Y400V)
·기준 전압 주파수: 50Hz
·상 전압: 200V
도 7의 실험 번호 1은, R상에 70mA의 누설 전류가 발생하고, T상에 10mA의 누설 전류가 발생했을 경우에 있어서의, 누설 전류 I0와 위상차 θ를 계측하고, (1)식에 기초하여 Igr을 산출한 것이다. 실험 번호 2 이후도 마찬가지로 하여, R상에 발생하는 누설 전류와 T상에 발생하는 누설 전류를 적절히 변경하여, 실험을 행했다.
이와 같은 실험을 복수 회 반복하여, R상과 T상에 발생하는 누설 전류의 조합을 망라한 테이블을 작성한다.
따라서, 각 상 저항 성분 누설 전류 산출부(16)는, 저항 성분 누설 전류 산출부(14)에 의해 산출된 Igr과, 위상차 검출부(13)에 의해 검출된 위상차 θ에 기초하여, 테이블을 참조해서, R상에 발생하고 있는 IgrR과 T상에 발생하고 있는 IgrT를 구할 수 있다. 또한, 도 7에 나타내는 예에서는, R상과 T상에 Igr이 발생한 경우를 나타내고 있지만, 실제로는, T상에 발생하는 누설 전류와 S상에 발생하는 누설 전류를 적절히 변경하여, 실험을 행하여 테이블을 작성하고, 또한, S상에 발생하는 누설 전류와 R상에 발생하는 누설 전류를 적절히 변경하여, 실험을 행하여 테이블을 작성한다.
각 상 저항 성분 누설 전류 산출부(16)는, 제1 기준 전압 VR-T 일 때에는, R상과 T상의 테이블을 참조하고, 제2 기준 전압 VT-S 일 때에는, T상과 S상의 테이블을 참조하고, 제3 기준 전압 VS-R 일 때에는, S상과 R상의 테이블을 참조한다.
또한, 각 상 저항 성분 누설 전류 산출부(16)는, 테이블을 참조하는 구성이 아니라, 누설 전류 I0와 위상차 θ와 Igr을 소정의 함수에 대입하여, 각 상의 Igr을 산출하는 구성이어도 된다. 구체적으로는, 각 상 저항 성분 누설 전류 산출부(16)는, 누설 전류 검출부(11)에 의해 검출된 누설 전류 I0와, 위상차 검출부(13)에 의해 검출된 위상차 θ를 (11)식에 대입하여, Igr(r)를 산출한다. 다음으로, 각 상 저항 성분 누설 전류 산출부(16)는, 산출한 Igr(r)과, 저항 성분 누설 전류 산출부(14)에 의해 산출된 Igr을 (12)식에 대입하여, Igr(t)를 산출한다.
Figure 112019102802197-pct00001
Igr(t) = Igr-Igr(r) … (12)
또한, (11)식과 (12)식은, 제1 기준 전압 VR-T 일 때에 이용하는 함수이다. 더 엄밀하게는, (11)식과 (12)식은, 위상차 θ가 「π/6≤θ≤π/2」의 범위에 있는 경우에 이용하는 함수이다. 제1 기준 전압 VR-T에 있어서 위상차 θ가 「π/2≤θ≤5π/6」의 범위에 있는 경우에는, (13)식과 (14)식을 이용한다.
Figure 112019102802197-pct00002
Igr(r) = Igr-Igr(t) … (14)
또한, 기준 전압이 제2 기준 전압 VT-S인 경우와 제3 기준 전압 VS-R인 경우에 있어서도, 각각 위상차 θ의 범위에 적합한 함수를 이용한다.
또한, 각 상의 Igr을 산출하는 함수는, 위상차 θ에 기초하여, 저항 성분 누설 전류 산출부(14)에 의해 산출된 Igr로부터 각 상에 발생하고 있는 Igr의 비율을 구하는 것으로, (11)식 내지 (14)식으로 한정되지 않고, 다른 함수에 의해서 각 상의 Igr을 산출해도 된다.
＜Y결선에 있어서의 2상 동시에 누전하는 케이스에 대해서＞
상술한 2상 동시에 누전 발생이 발생할 가능성은 낮다고 예상되지만, 부하 기기의 동작을 고찰하면, 3상에 있어서 어느 정도 변동하면서도 각 상에서 열화가 발생하고, 간헐 누전이 발생하는 일이 있다.
또한, 도 6에 나타내는 바와 같이, T상과 R상의 2상 동시에 지락이 발생하고 있는 경우에는, 누설 전류 I0는, 10mA이지만, R상의 저항 성분 누설 전류 Igr(r)과 T상의 저항 성분 누설 전류 Igr(t)를 합성한 Igr은, (1)식으로부터, 20mA가 되어, I0＜Igr가 된다.
즉, 누전 검출을 누설 전류 I0의 값에 의존하고 있으면, 사실은, 큰 Igr이 발생하고 있는 일이 있다. 이와 같은 경우에 있어서, 누설 전류 검출 장치(1)는 재빠르고 정확하게 Igr을 검출할 수 있다.
＜클램프 방법에 대해서＞
클램프부(10)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 접지선(G) 이외의 피측정 전선로만을 클램프하는 구성이어도 되고, 도 8에 나타내는 바와 같이, 피측정 전선로와 접지선(G) 모두를 클램프하는 구성이어도 된다. 전자는, 주로, 부하 측에 있어서, 접지선(G)과 피측정 전선로 중 어느 것의 상을 접속하여 이용하는 케이스에 적합한 접속 방법이다. 후자는, 주로, 부하 측에 있어서, 피측정 전선로 모두가 접속되는 삼상 교류 모터를 이용하는 케이스에 적합한 접속 방법이다.
＜전압의 측정에 대해서＞
피측정 전선로에 고전압(예를 들면, 6600V 등)이 인가되고 있는 경우에는, 접지형 계기용 변압기(EVT)를 이용하여, 고전압을 소정의 전압(예를 들면, 200V나 110V 등)으로 강압하고, 강압 후의 전압이 전압 검출부(12)에 입력된다. 또한, 강압할 때에 위상 시프트가 발생하는 경우가 있다. 위상차 검출부(13)는 접지형 계기용 변압기(EVT)에 의한 위상 시프트를 보정하는 기능을 가진다.
＜절연 저항 시험(메거 시험)에 의한 누전 관리와, Igr 방식에 의한 누전 관리의 차이에 대해서＞
절연 저항 시험(메거 시험)에서는, 고전압을 인가하여 측정 대상물에 부담을 주기 때문에, 정전 상태로 하고, 또한, 전선로로부터 부하를 분리시켜 절연 저항을 측정하고 있다. 즉, 메거 시험에 의해서 측정되는 절연 저항은, 정전 상태이며, 또한, 전선로로부터 부하가 분리된 상태의 것이다.
한편, 본원 발명에 따른 Igr 방식에서는, 통전 상태이며, 또한, 전선로에 부하가 접속되어 있는 상태에 있어서 절연 저항을 측정하는 것이다.
따라서, 메거 시험에 의해서 측정되는 절연 저항은, 비통전 상태라고 하는 특수한 상태에 있어서 측정되는 것이지만, Igr 방식에 의해서 측정되는 절연 저항은, 통전 상태에 있어서 측정되는 것으로, 문언적으로는 같아도, 내용은 다른 것이다.
게다가, 메거 시험에서는, 정전 상태로 할 필요가 있기 때문에, 절연 저항을 상시 측정(감시)하는 것이 곤란하지만, Igr 방식에서는, 정전 상태로 할 필요가 없기 때문에, 절연 저항을 상시 측정(감시)할 수 있다.
이와 같이, Igr 방식에 의한 누전 관리는, 메거 시험에 의한 누전 관리에 비해, 신뢰성이 높은 절연 저항을 상시 측정(감시)할 수 있다.
＜방법＞
다음으로, 누설 전류 검출 장치(1)에 의한 Igr의 검출 절차에 대해서, 도 9에 나타내는 플로차트를 이용하여 설명한다.
스텝 S1에 있어서, 누설 전류 검출부(11)는, 3상(R상, S상, T상)을 Y결선하고 중성점을 접지하여 접지선을 인출한 3상 4선식의 피측정 전선로에 흐르고 있는 누설 전류를 검출한다.
스텝 S2에 있어서, 전압 검출부(12)는, 피측정 전선로 중 어느 2상의 사이에 인가되고 있는 전압을 검출한다.
스텝 S3에 있어서, 위상차 검출부(13)는, 스텝 S1의 공정에 의해 검출된 누설 전류와, 스텝 S2의 공정에 의해 검출된 전압에 기초하여, 위상차를 검출한다.
스텝 S4에 있어서, 판단 처리부(15)는, 스텝 S3의 공정에 의해 검출된 위상차가 소정의 범위내인지 여부를 판단한다. 위상차가 소정의 범위내라고 판단했을 경우(Yes), 스텝 S5로 진행하고, 위상차가 소정의 범위내가 아니라고 판단했을 경우(No), 스텝 S6으로 진행한다.
스텝 S5에 있어서, 저항 성분 누설 전류 산출부(14)는, 스텝 S3의 공정에 의해 검출된 위상차와, 스텝 S1의 공정에 의해 검출된 누설 전류의 실효값에 기초하여, 피측정 전선로에 흐르고 있는 누설 전류에 포함되어 있는 대지 절연 저항에 기인하는 저항 성분 누설 전류(Igr)를 산출한다.
스텝 S6에 있어서, 전압 검출부(12)는, 위상차에 기초하여, 피측정 전선로에 있어서의 전압을 검출하는 상을 전환하고, 전환한 후의 2상의 사이에 인가되고 있는 전압을 검출한다. 그 후, 스텝 3으로 되돌아가, 스텝 S4의 공정에 있어서, 위상차가 소정의 범위내라고 판단할 때까지, 처리를 반복한다.
따라서, 누설 전류 검출 장치(1)는, 이동 원점 방식을 채용함으로써, 위상차 θ가 어느 범위라도 (1)식에 의해 Igr을 산출할 수 있어, Y결선 방식에 있어서, Igr을 정확하게 검출할 수 있다.
＜프로그램＞
또한, 본 실시예에서는, 주로, Y결선 방식에 있어서, Igr을 정확하게 검출하는 누설 전류 검출 장치(1)의 구성과 동작에 대해 설명했지만, 이것으로 한정되지 않고, 각 구성요소를 구비하고, Y결선 방식에 있어서, Igr을 정확하게 검출하기 위한 방법, 및 프로그램으로서 구성되어도 된다.
또한, 누설 전류 검출 장치(1)를 구성하는 각 기능을 실현하기 위한 프로그램을 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 기록하여, 이 기록 매체에 기록된 프로그램을 컴퓨터 시스템에 읽어들여, 실행함으로써 실현해도 된다.
구체적으로는, 당해 프로그램은, 3상(R상, S상, T상)을 Y결선하고 중성점을 접지하여 접지선을 인출한 3상 4선식의 피측정 전선로에 흐르고 있는 누설 전류를 검출하는 누설 전류 검출 공정과, 피측정 전선로 중 어느 2상의 사이에 인가되고 있는 전압을 검출하는 전압 검출 공정과, 누설 전류 검출 공정에 의해 검출된 누설 전류와 전압 검출 공정에 의해 검출된 전압에 기초하여, 위상차를 검출하는 위상차 검출 공정과, 위상차 검출 공정에 의해 검출된 위상차와, 누설 전류 검출 공정에 의해 검출된 누설 전류의 실효값에 기초하여, 피측정 전선로에 흐르고 있는 누설 전류에 포함되어 있는 대지 절연 저항에 기인하는 저항 성분 누설 전류를 산출하는 저항 성분 누설 전류 산출 공정과, 위상차 검출 공정에 의해 검출된 위상차가 소정의 범위내인지 여부를 판단하여, 위상차가 소정의 범위내가 아니라고 판단했을 경우, 위상차 검출 공정에 의해 검출된 위상차를 전압 검출 공정으로 송신하는 판단 처리 공정을 컴퓨터에 의해서 실현하기 위한 프로그램이다. 전압 검출 공정은 판단 처리 공정으로부터 송신되어 온 위상차에 기초하여, 피측정 전선로에 있어서의 전압을 검출하는 상을 전환하고, 전환한 후의 2상의 사이에 인가되고 있는 전압을 검출한다.
또한, 여기서 말하는 「컴퓨터 시스템」이란, OS나 주변기기 등의 하드웨어를 포함하는 것으로 한다. 또한, 「컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체」란, 플렉시블 디스크, 광 자기 디스크, ROM, CD-ROM 등의 휴대 매체, 컴퓨터 시스템에 내장되는 하드 디스크 등의 기억 장치를 말한다.
또한 「컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체」란, 인터넷 등의 네트워크나 전화 회선 등의 통신 회선을 통해서 프로그램을 송신하는 경우의 통신선과 같이, 단기간에 동적으로 프로그램을 유지하는 것, 그 경우의 서버나 클라이언트가 되는 컴퓨터 시스템 내부의 휘발성 메모리와 같이, 일정시간 프로그램을 유지하고 있는 것도 포함해도 된다. 또한, 상기 프로그램은, 전술한 기능의 일부를 실현하기 위한 것이어도 되고, 추가로 전술한 기능을 컴퓨터 시스템에 이미 기록되어 있는 프로그램과의 조합으로 실현할 수 있는 것이어도 된다.
1 누설 전류 검출 장치, 10 클램프부, 11 누설 전류 검출부, 12 전압 검출부, 13 위상차 검출부, 14 저항 성분 누설 전류 산출부, 15 판단 처리부, 16 각 상 저항 성분 누설 전류 산출부

Claims (6)

  1. 3상(R상, S상, T상)을 Y결선하고 중성점을 접지하여 접지선을 인출한 3상 4선식의 피측정 전선로에 흐르고 있는 누설 전류를 검출하는 누설 전류 검출부와,
    상기 피측정 전선로 중 어느 2상의 사이에 인가되고 있는 전압을 검출하는 전압 검출부와,
    상기 누설 전류 검출부에 의해 검출된 누설 전류와 상기 전압 검출부에 의해 검출된 전압에 기초하여, 위상차를 검출하는 위상차 검출부와,
    상기 위상차 검출부에 의해 검출된 위상차와, 상기 누설 전류 검출부에 의해 검출된 누설 전류에 기초하여, 상기 피측정 전선로에 흐르고 있는 누설 전류에 포함되어 있는 대지 절연 저항에 기인하는 저항 성분 누설 전류를 산출하는 저항 성분 누설 전류 산출부와,
    상기 위상차 검출부에 의해 검출된 위상차가 소정의 범위내인지 여부를 판단하여, 위상차가 소정의 범위내가 아니라고 판단했을 경우, 상기 위상차 검출부에 의해 검출된 위상차를 상기 전압 검출부에 송신하는 판단 처리부를 구비하고,
    상기 전압 검출부는, 상기 판단 처리부로부터 송신되어 온 위상차에 기초하여, 상기 피측정 전선로에 있어서의 전압을 검출하는 상을 전환하고, 전환한 후의 2상의 사이에 인가되고 있는 전압을 검출하는 누설 전류 검출 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 판단 처리부는 상기 위상차 검출부에 의해 검출된 위상차 θ가 소정의 범위인, π/6≤θ≤5π/6에 포함되어 있는지 여부를 판단하고,
    상기 전압 검출부는, 상기 피측정 전선로의 R상과 T상의 사이에 인가되고 있는 전압을 검출하고 있는 상태에 있어서,
    위상차 θ가, 5π/6≤θ≤3π/2에 포함되어 있는 경우에는, T상과 S상의 사이에 인가되고 있는 전압을 검출하도록 전환하고,
    위상차 θ가, 3π/2≤θ≤13π/6에 포함되어 있는 경우에는, S상과 R상의 사이에 인가되고 있는 전압을 검출하도록 전환하는 누설 전류 검출 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 저항 성분 누설 전류 산출부는, 상기 위상차 검출부에 의해 검출된 위상차 θ와, 상기 누설 전류 검출부에 의해 검출된 누설 전류의 실효값 I0에 기초하여, 상기 피측정 전선로에 흐르고 있는 누설 전류에 포함되어 있는 대지 절연 저항에 기인하는 저항 성분 누설 전류 Igr을
    Igr = I0×sinθ/cos(π/3)
    에 의해 산출하는 누설 전류 검출 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 누설 전류 검출부에 의해 검출된 누설 전류와, 상기 저항 성분 누설 전류 산출부에 의해 산출된 저항 성분 누설 전류와, 상기 위상차 검출부에 의해 검출된 위상차에 기초하여, 상기 전압 검출부에 의해 전압이 검출되고 있는 각 상 각각의 저항 성분 누설 전류를 산출하는 각 상 저항 성분 누설 전류 산출부를 구비하는 누설 전류 검출 장치.
  5. 3상(R상, S상, T상)을 Y결선하고 중성점을 접지하여 접지선을 인출한 3상 4선식의 피측정 전선로에 흐르고 있는 누설 전류를 검출하는 누설 전류 검출 공정과,
    상기 피측정 전선로 중 어느 2상의 사이에 인가되고 있는 전압을 검출하는 전압 검출 공정과,
    누설 전류 검출 공정에 의해 검출된 누설 전류와 상기 전압 검출 공정에 의해 검출된 전압에 기초하여, 위상차를 검출하는 위상차 검출 공정과,
    상기 위상차 검출 공정에 의해 검출된 위상차와, 상기 누설 전류 검출 공정에 의해 검출된 누설 전류에 기초하여, 상기 피측정 전선로에 흐르고 있는 누설 전류에 포함되어 있는 대지 절연 저항에 기인하는 저항 성분 누설 전류를 산출하는 저항 성분 누설 전류 산출 공정과,
    상기 위상차 검출 공정에 의해 검출된 위상차가 소정의 범위내인지 여부를 판단하여, 위상차가 소정의 범위내가 아니라고 판단했을 경우, 상기 위상차 검출 공정에 의해 검출된 위상차를 상기 전압 검출 공정으로 송신하는 판단 처리 공정을 구비하고,
    상기 전압 검출 공정은, 상기 판단 처리 공정으로부터 송신되어 온 위상차에 기초하여, 상기 피측정 전선로에 있어서의 전압을 검출하는 상을 전환하고, 전환한 후의 2상의 사이에 인가되고 있는 전압을 검출하는 누설 전류 검출 방법.
  6. 청구항 5에 기재된 누설 전류 검출 방법을 실행하기 위해 컴퓨터로 실행 가능한 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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