KR102495562B1 - Measuring device and method of insulation resistance and capacitance of each phase in live wire state in main circuit of 3-phase 4-wire type electrical equipment - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 분전반 등의 3상4선식 전기설비 주회로에 설치되면서, 프로부와 영상변류기(ZCT) 1대를 이용하여, 영상전류와 위상별 상전압을 측정하고, 3가지 고조파 주파수 성분을 분석함으로써 활선상태에서 각 위상별 절연저항, 정전용량을 산출할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention is installed in the main circuit of a 3-phase 4-wire electrical facility such as a distribution board, and measures the zero-phase current and phase voltage for each phase using a probe and one zero-phase current transformer (ZCT), and analyzes three harmonic frequency components. This relates to a device and method capable of calculating insulation resistance and capacitance for each phase in a live wire state.
최근 날로 증가하는 전기와 관련한 화재 및 재해의 절반 이상이 전기 누전이 원인이 된 것으로 연구조사기관의 통계결과가 발표된 바 있다. 이는 절연저항이 주요원인으로서, 이러한 원인을 사전에 예방할 수 있다면 화재로 인한 사회적, 경제적 손실을 대폭 감소시킬 수 있다.Recently, a statistical result of a research institute has been announced that more than half of the fires and disasters related to electricity, which are increasing day by day, are caused by electric leakage. This is because insulation resistance is the main cause, and if these causes can be prevented in advance, social and economic losses due to fire can be significantly reduced.
자가용 전기설비에서 가장 많이 발생하는 트러블은 저압회로의 누전에 기인하는 사고로서 전기화재나 감전사고, 그리고 정전범위의 확대 등으로 발전하기 때문에 조속한 누전검출 및 경보를 통해 사전에 회로를 차단하는 것이 중요하다.The most frequent troubles in electric equipment for private vehicles are accidents caused by short circuits in low-voltage circuits, which develop into electrical fires, electric shocks, and expansion of the power outage range. do.
무정전 절연장치는 주택, 공장, 건물 등의 전기시설물에 대한 절연열화의 경향을 파악하여 전기공급의 신뢰성 확보뿐만 아니라 수시점검에 의한 경비를 대폭적으로 절감시킬 수 있는 이점을 갖는다.The uninterruptible insulation device has the advantage of not only securing the reliability of electricity supply by grasping the tendency of insulation deterioration for electrical facilities such as houses, factories, and buildings, but also significantly reducing expenses due to frequent inspections.
그러나 절연저항의 측정은 정전을 필요로 하여 전기계통 전체에서의 절연측정이 불가능할 뿐만 아니라, 컴퓨터 및 전자기기의 증가로 정전으로 인한 고도의 기기 파손을 초래하기도 한다.However, measurement of insulation resistance requires a power outage, making it impossible to measure insulation in the entire electrical system, and with the increase in computers and electronic devices, high-level device damage due to power outages may occur.
또한 컴퓨터를 이용한 시스템 및 정보관리 등에 의해 정전이 불가능한 경우도 있어 절연저항측정을 수행할 수 없는 경우도 발생한다. 그밖에 정전으로 인해 시스템의 정지나 주요정보의 상실로 주변 지역사회의 혼란과 복잡성이 가중되어 손실이 막중할 수 있다.In addition, there are cases in which power outage is impossible due to computer-based systems and information management, so insulation resistance measurement cannot be performed. In addition, power outages can cause significant losses due to system outages or loss of critical information, adding to the chaos and complexity of the surrounding community.
그래서, 최근에는 IT기술이 발전함에 따라 전기설비도 원격으로 관리하기 위해 기술개발을 하고 있으며, 특히 요즘 동력을 주로 사용하는 3상설비의 경우 무정전 점검/검사를 요구하고 있다.So, recently, with the development of IT technology, technology is being developed to remotely manage electrical facilities, and in particular, in the case of three-phase facilities that mainly use power these days, uninterrupted inspection / inspection is required.
따라서, 정전이 아닌 활선상태 설비의 절연저항 값을 측정하기 위한 방법들이 제시되고 있고, 이를 위해서는 영상전류를 측정하는 것이 요구된다. Therefore, methods for measuring the insulation resistance value of live-line facilities other than power failure have been proposed, and for this purpose, it is required to measure the zero-phase current.
그러나, 영상전류에는 실효성분인 저항성 누설전류와 무효성분인 용량성 누설전류가 포함되어 있어 실효성분인 저항성 누설전류에 대한 정확한 측정이 요구되고 있다.However, since the zero-phase current includes resistive leakage current, which is an effective component, and capacitive leakage current, which is an ineffective component, accurate measurement of resistive leakage current, which is an effective component, is required.
저항성 누설전류를 측정하는 방법으로는 전압과 전류를 반주기동안 적분하거나 전압-누설전류 위상차를 측정하여 저항성 누설전류를 계산하는 방법이 있다. 그러나, 3상 전기설비의 경우에 측정된 영상전류는 각상의 누설전류의 벡터합이 측정되기 때문에 어떤 상에서 누전되는지 알기 어려운 문제점이 있다.As a method of measuring the resistive leakage current, there is a method of calculating the resistive leakage current by integrating voltage and current for a half cycle or measuring a voltage-leakage current phase difference. However, in the case of a three-phase electrical installation, since the vector sum of the leakage currents of each phase is measured for the measured zero-phase current, it is difficult to know which phase is leaking.
도 1, 도 2는 국내 등록특허 제10-1303597호(2013년 09월 26일 공고)에 제시된 단상 전기설비에서 누설전류를 측정하기 위한 회로 및 그래프를 나타내는 도면이다.1 and 2 are diagrams showing circuits and graphs for measuring leakage current in single-phase electrical equipment presented in Korean Patent Registration No. 10-1303597 (published on September 26, 2013).
도 2의 그래프에서 진폭이 작은 그래프는 순시전압 V, 진폭이 큰 그래프는 영상전류 Ig가 될 수 있다. 이때, 절연저항 R_in과 부하 및 설비의 대지용량 C_in에 따라 위상차 T가 발생할 수 있다. 따라서, 다음과 같은 수학식으로 저항성 누설전류 Igr을 산출할 수 있다.In the graph of FIG. 2 , a graph with a small amplitude may be an instantaneous voltage V, and a graph with a large amplitude may be a zero-phase current Ig. At this time, a phase difference T may occur according to the insulation resistance R_in and the ground capacity C_in of the load and facility. Therefore, the resistive leakage current Igr can be calculated by the following equation.
그러나, 상기 방법은 실제 3상4선식 전기설비를 사용하고 있는 일반용 전기 사용 고객에게는 각상의 단상 분기 회로마다 적용은 가능하지만 비경제적이므로 실제 적용하기는 어려운 문제점이 있다.However, although the above method can be applied to single-phase branch circuits of each phase for general electricity customers who actually use three-phase, four-wire electrical equipment, it is difficult to apply in practice because it is uneconomical.
또한, 국내 등록특허 제10-1986221호(2019년 09월 30일 공고)에 제시된 "3상4선식 전기설비의 활선상태 절연저항 측정 방법 및 장치”를 보면, 시차에 따른 누설전류 발생과 그 때 발생된 변위 벡터들의 합이 설정된 값에 따라 경보메시지가 전송되도록 되어 있다. In addition, if you look at the “Method and Device for Measuring Live Insulation Resistance of 3-Phase 4-Wire Electrical Equipment” presented in Korean Patent No. 10-1986221 (published on September 30, 2019), The alarm message is transmitted according to the set value of the sum of the generated displacement vectors.
보다 자세하게는, 전기설비에서 각 위상별 시차를 두어 전원 전압을 순차적으로 인가하고, 상기 각 상별 전류 변화와 누설전류의 변화를 측정하여 상기 전기설비의 각 상별 저항성 누설전류 초기값을 설정하고, 상기 전기설비의 각상별 전압 및 부하전류와 영상전류를 측정하고, 상기 측정값을 토대로 각상별 부하 소비 전력을 계산하게 된다.More specifically, in the electrical equipment, the power supply voltage is sequentially applied with a time difference for each phase, and the current change and leakage current change for each phase are measured to set the initial value of the resistive leakage current for each phase of the electrical equipment, Voltage, load current, and zero-phase current for each phase of the electrical installation are measured, and load power consumption for each phase is calculated based on the measured values.
또한, 상기 측정값을 토대로 각상별 가설 누설전력을 계산하고, 기설정된 위상 선택 기준 및 상기 측정값을 토대로 누전발생 위상을 추출하게 된다.In addition, hypothesis leakage power for each phase is calculated based on the measured value, and an earth leakage phase is extracted based on a preset phase selection criterion and the measured value.
상기 추출된 누전발생 위상을 토대로 상기 계산된 각상별 가설 누설전력을 이용하여 각상별로 누설전류 변화량을 적산하며, 이를 통해, 3상4선식 전기설비의 활선상태에서 위상별 및 성분별(유효성분, 무효성분)로 누설전류를 추출함으로써, 상기 전기설비의 활선절연저항을 측정하는 방법을 제시하고 있다.Based on the extracted phase of leakage occurrence, the amount of change in leakage current for each phase is integrated using the hypothetical leakage power for each phase calculated above, and through this, in the live wire state of a three-phase, four-wire electrical installation, each phase and each component (active component, By extracting the leakage current as an ineffective component), a method of measuring the live wire insulation resistance of the electrical equipment is proposed.
이는 시차에 따른 누설전류 변화라는 조건이 성립되도록 설정 값을 기기마다 조절해야 하는 문제점이 있고, 현재 발생되는 누설전류의 크기를 알기 위해서 시간별 측정된 변위벡터를 적산해야 하지만 적산에 따른 적산오차 또한 시간이 지나면서 증가하기 때문에 현재 누설전류 크기를 예측함에 한계가 있다.This has the problem of adjusting the setting value for each device so that the condition of leakage current change with time difference is established. In order to know the magnitude of the current leakage current, the displacement vector measured by time must be integrated, but the integration error due to integration also occurs over time. Since it increases over time, there is a limit to estimating the current leakage current.
다시말해, 변화값을 적산하여 현재 절연값을 추정하는데, 오차 또한 적산되어 점점 값이 부정확해지는 단점이 있다.In other words, the current insulation value is estimated by integrating the changed value, but there is a disadvantage in that the value gradually becomes inaccurate because the error is also integrated.
도 3은 종래의 3상4선식 전기설비에서 누설전류를 측정하기 위한 회로도이다.3 is a circuit diagram for measuring leakage current in a conventional three-phase, four-wire electrical installation.
부연하면, 도 3은 국내 등록특허 제10-1172918호(2012년 08월 31일 공고)에서 제시된 종래의 3상4선식 설비의 절연상태를 측정하기 위한 중첩신호를 통한 누설전류를 검출하기 위한 "절연감시시스템"에서 제시했다In other words, FIG. 3 is for detecting leakage current through a superimposed signal for measuring the insulation state of a conventional 3-phase 4-wire facility presented in Korean Registered Patent No. 10-1172918 (announced on August 31, 2012). presented in "Insulation Monitoring System"
도 3에서 도시된 바와 같이 측정을 위해 변압기 2차측 중성선 제2종 접지선에 중첩파형을 보내기 위한 또다른 소형 변압기(tr)을 설치하고 저주파(f_r)의 전압 파형을 인가하면, 변압기(TR)의 각 상 S, T, R, N의 전압에 저주파 전압이 중첩된다. 따라서, 부하 또는 선로에서 누전발생시 저주파(f_r) 전압에 따라 누설전류가 발생하고 영상전류계(ZCT)에서 주파수(f_r)을 필터링하여 그 크기로 저항성 누설전류를 산출할 수 있다.As shown in FIG. 3, when another small transformer tr for sending a superimposed waveform to the secondary side
그러나, 상기 방법 또한 변압기 2차측 중성선에 별도의 장치가 필요하고, 일반용 3상 전기설비를 사용하는 고객설비에는 자가용 변압기가 없으므로 해당설비에 적용하기가 어려운 문제점이 있다. 또한, 상기 방법은 접지선을 따라 연결된 도체의 대지전압이 중첩전압 만큼 증가하여 도체가 인체에 노출될 경우 감전위험이 따르는 문제점이 있다.However, the above method also requires a separate device for the neutral wire on the secondary side of the transformer, and is difficult to apply to the facility because there is no private transformer in customer facilities using general three-phase electrical facilities. In addition, the above method has a problem in that the ground voltage of the conductor connected along the ground line increases by the overlapping voltage, resulting in an electric shock risk when the conductor is exposed to the human body.
또한, 종래의 중성선 중첩신호방식은 전기설비의 변압기 2차측 중성점이 한전소유이며, 여러 가구가 서로 중성점을 공유하기 때문에 누설전류의 측정을 위해 적용하는데 어려운 문제점이 있다.In addition, the conventional neutral wire superposition signal method has a problem in that it is difficult to apply for measurement of leakage current because the neutral point of the secondary side of the transformer of electrical equipment is owned by KEPCO and several households share the neutral point with each other.
다시말해, 저주파 중첩신호를 이용하여 측정하는 방법은 누설전류가 예상되는 회로 즉, 변압기 2차측 중성점의 접지선에 신호중첩용 변압기를 통해 저주파 신호를 인가하고 인가된 저주파에 따른 누설전류를 측정해야 하나, 저압 일반용 전기설비에는 각 설비당 자가용 변압기가 없어서 저주파 신호를 인가할 지점이 애매하고, 장치를 설치하기에 장소가 비좁기 때문에 실 적용에 문제점이 있다.In other words, the method of measuring using a low-frequency superimposition signal is to apply a low-frequency signal to the circuit where leakage current is expected, that is, to the ground line of the neutral point of the secondary side of the transformer, through a signal superimposition transformer, and measure the leakage current according to the applied low frequency. , There is a problem in actual application because low-voltage general purpose electric facilities do not have private transformers for each facility, so the point to apply the low-frequency signal is ambiguous, and the place to install the device is cramped.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 단점을 해결한 것으로서, 3상4선식 전기설비의 활선상태에서 전원측으로 유입되는 고조파를 이용하여 각 위상별 절연저항과 정전용량을 산출하도록 구성함으로써, 설치가 용이하면서도 오차를 줄이도록 구성된 각 위상별 절연저항과 정전용량의 산출장치 및 방법을 제시하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to solve the conventional disadvantages, by configuring to calculate the insulation resistance and capacitance for each phase using harmonics flowing into the power supply side in the live state of the three-phase four-wire electrical equipment, The purpose of this study is to present a device and method for calculating insulation resistance and capacitance for each phase configured to reduce errors while being easy to install.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 활선상태에서 3상4선식 전기설비의 주회로에서 각각의 위상별 절연저항, 정전용량을 측정하는 측정장치에 있어서,
상기 측정장치는 분전반 내부에 구성되며, 상기 전기설비의 주회로에 공급되는 전원의 각 위상별 전압신호를 취득하는 프로브를 포함하는 전원전압 측정부; 상기 전기설비의 주회로에 공급되는 전원의 영상전류 신호를 취득하는 영상변류기를 포함하는 영상전류 측정부; 상기 전원전압 측정부에서 취득된 각 위상별 전압신호와 상기 영상전류 측정부에서 취득한 영상전류신호에서 각각 3배수 고조파 신호를 제외한 임의의 3개의 고조파 신호만을 통과시켜 필터링하는 밴드패스필터가 구성된 필터링부; 상기 필터링된 각 위상별 전압신호와 영상전류신호의 각각의 고조파 신호를 디지털 변환시키는 ADC; 상기 디지털 변환된 각 위상별 전압신호와 영상전류신호의 각각의 고조파에 대한 한주기 신호를 저장하는 메모리부; 상기 저장된 각 위상별 전압신호와 영상전류신호의 각각의 고조파 신호를 실수부와 허수부로 분리하는 FFT변환처리부; 및 상기 산출된 각 위상별 전압신호와 영상전류신호의 각각의 고조파 신호의 실수부와 허수부를 통해 아래와 같은 매트릭스를 작성하고,
영상전류 연립방정식 솔루션을 통해 각 위상별 절연저항과 정전용량을 산출하는 산출부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 3상4선식 전기설비 주회로에서 각상별 활선상태 절연저항과 정전용량의 측정장치를 제시한다.In order to achieve the above object, the present invention is a measuring device for measuring insulation resistance and capacitance for each phase in the main circuit of a three-phase four-wire electrical installation in a live wire state,
The measuring device is configured inside the distribution panel, and includes a power voltage measuring unit including a probe for acquiring a voltage signal for each phase of power supplied to the main circuit of the electrical equipment; a zero-phase current measuring unit including a zero-phase current transformer that acquires a zero-phase current signal of power supplied to the main circuit of the electrical equipment; A filtering unit comprising a band pass filter for passing and filtering only three arbitrary harmonic signals excluding the three-fold harmonic signal from the voltage signal for each phase obtained from the power supply voltage measurement unit and the zero-phase current signal obtained from the zero-phase current measurement unit, respectively. ; an ADC for digitally converting each of the harmonic signals of the filtered voltage signal for each phase and zero-phase current signal; a memory unit for storing a one-cycle signal for each harmonic of the digitally converted voltage signal for each phase and zero-phase current signal; an FFT conversion processing unit which separates each harmonic signal of the stored voltage signal for each phase and the zero-phase current signal into a real part and an imaginary part; and the following matrix is created through the real part and the imaginary part of each harmonic signal of the voltage signal and zero-phase current signal for each phase calculated above;
Calculation unit for calculating the insulation resistance and capacitance for each phase through the solution of the simultaneous zero-phase current equation presents
또한, 본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 활선상태에서 3상4선식 전기설비의 주회로에서 각각의 위상별 절연저항, 정전용량을 측정하는 방법에 있어서, (a) 상기 전기설비의 주회로에 공급되는 전원의 각 위상별 전압신호를 프로브로 취득하는 단계; (b) 상기 전기설비의 주회로에 공급되는 전원의 영상전류 신호를 영상변류기로 취득하는 단계; (c) 상기 취득된 각 위상별 전압신호와 영상전류신호를 각각 밴드패스필터를 이용하여 임의의 3개의 고조파 신호를 통과시켜 필터링하는 단계; (d) 상기 필터링된 각 위상별 전압신호와 영상전류신호의 각각의 고조파 신호를 ADC를 통해 디지털 변환시키는 단계; (e) 상기 디지털 변환된 각 위상별 전압신호와 영상전류신호의 각각의 고조파에 대한 한주기 신호를 저장하는 단계; (f) 상기 저장된 각 위상별 전압신호와 영상전류신호의 각각의 고조파 신호를 FFT변환을 통해 실수부와 허수부로 분리하는 단계; 및 (g) 상기 산출된 각 위상별 전압신호와 영상전류신호의 각각의 고조파 신호의 실수부와 허수부를 통해 아래와 같은 매트릭스를 작성하고,
연립방정식 솔루션을 통해 각 위상별 절연저항과 정전용량을 산출하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 3상4선식 전기설비 주회로에서 각상별 활선상태 절연저항과 정전용량의 측정 방법을 제시한다.In addition, in order to achieve the above object, the present invention provides a method for measuring insulation resistance and capacitance for each phase in the main circuit of a three-phase four-wire electrical equipment in a live wire state, (a) the main circuit of the electrical equipment Acquiring a voltage signal for each phase of power supplied to the circuit with a probe; (b) acquiring a zero-phase current signal of power supplied to the main circuit of the electrical equipment with a zero-phase current transformer; (c) filtering the acquired voltage signal and zero-phase current signal for each phase by passing three arbitrary harmonic signals using a band pass filter, respectively; (d) digitally converting each harmonic signal of the filtered phase voltage signal and phase current signal through an ADC; (e) storing one-cycle signals for each harmonic of the digitally converted voltage signal for each phase and zero-phase current signal; (f) separating each harmonic signal of the stored voltage signal for each phase and zero-phase current signal into a real part and an imaginary part through FFT conversion; and (g) preparing a matrix as shown below through the real part and imaginary part of each harmonic signal of the voltage signal and phase current signal for each phase calculated above,
Calculating insulation resistance and capacitance for each phase through a simultaneous equation solution; Suggests a method for measuring live-line insulation resistance and capacitance for each phase in a main circuit of a three-phase, four-wire electric facility comprising the steps of: .
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본 발명은 분전반 등에 3상4선식 설비의 주회로에 설치되면서, 절연저항 및 정전용량에 관한 데이터를 실시간으로 측정하여 상태정보를 통신으로 전달하는 IoT 로 활용 가능하다. The present invention is installed in the main circuit of a 3-phase 4-wire facility, such as a distribution panel, and can be used as an IoT device that transmits status information through communication by measuring data on insulation resistance and capacitance in real time.
또한, 현재 무정전 검사/점검을 많이 요구하고 있기 때문에 활선상태에서 전기설비 관리 유지보수가 필요할 때 절연상태를 감시/측정하기 위한 계측장비로 활용할 수 있다.In addition, it can be used as a measuring device to monitor/measure the insulation state when electrical facility management and maintenance is needed in a live wire state, as uninterruptible inspection/inspection is currently required.
도 1, 도 2는 종래의 단상 전기설비에서 누설전류를 측정하기 위한 회로 및 그래프를 나타내는 도면이다.
도 3은 종래의 3상4선식 전기설비에서 누설전류를 측정하기 위한 회로도이다.
도 4는 본 발명에 의한 3상4선식 전기설비 주회로에서 각상별 활선상태 절연측정을 위한 시스템 개략도이다.
도 5는 본 발명에 의해 사용되는 밴드패스필터가 구성되는 필터링부의 회로도이며, 도 6은 이를 적용한 파형을 각상별전압파형과 영상전류파형을 함께 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 의한 ADC를 통해 변환된 각상별전압파형과 영상전류파형을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 의한 FFT 변환처리부를 통해 고조파별로 분리된 각상별전압파형을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 의한 FFT 변환처리부를 통해 고조파별로 분리된 영상전류파형을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명에 의한 절연저항과 정전용량을 산출하기 위한 영상전류 연립방정식에 따라 작성된 매트릭스를 보여주는 도면이다.1 and 2 are diagrams showing circuits and graphs for measuring leakage current in conventional single-phase electrical equipment.
3 is a circuit diagram for measuring leakage current in a conventional three-phase, four-wire electrical installation.
Figure 4 is a schematic diagram of a system for measuring live wire state insulation for each phase in a main circuit of a three-phase, four-wire electric facility according to the present invention.
5 is a circuit diagram of a filtering unit comprising a band-pass filter used in the present invention, and FIG. 6 is a diagram showing voltage waveforms and zero-phase current waveforms for each phase of a waveform applied thereto.
7 is a diagram showing voltage waveforms and phase current waveforms for each phase converted through the ADC according to the present invention.
8 is a diagram showing voltage waveforms for each phase separated by harmonics through the FFT conversion processing unit according to the present invention.
9 is a diagram showing a zero-phase current waveform separated for each harmonic through the FFT conversion processing unit according to the present invention.
10 is a diagram showing a matrix created according to the simultaneous zero-phase current equation for calculating insulation resistance and capacitance according to the present invention.
이하 본 발명인, 3상4선식 전기설비 주회로에서 각상별 활선상태 절연저항과 정전용량 측정 장치 및 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여, 자세하게 기술한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present inventors, an insulation resistance and capacitance measuring device and method in a live wire state for each phase in a main circuit of a three-phase four-wire electric facility will be described in detail.
도 4는 본 발명에 의한 3상4선식 전기설비 주회로에서 각상별 활선상태 절연측정을 위한 시스템 개략도이다.Figure 4 is a schematic diagram of a system for measuring live wire state insulation for each phase in a main circuit of a three-phase, four-wire electric facility according to the present invention.
도시된 바를 참조하면, 본 발명은 활선상태에서 3상4선식 전기설비의 주회로에서 각각의 위상별 절연저항, 정전용량을 측정하는 측정장치(10)에 관한 것이다.Referring to the figure, the present invention relates to a
본 발명의 측정장치(10)는 분전반 내부에 구성될 수 있으며, 측정장치(10)에는 상기 전기설비의 주회로에 공급되는 전원의 각 위상별(R,S,T) 전압신호를 취득하는 프로브를 포함하는 전원전압 측정부(100)가 구성된다.The
프로브는 각 상별 전원전압을 측정하기 위하여, 각상(R,S,T,N)에 연결하여 측정한다.The probe is connected to each phase (R, S, T, N) to measure the power supply voltage for each phase.
본 발명의 측정장치(10)에는 상기 전기설비의 주회로에 공급되는 전원의 영상전류 신호를 취득하는 영상변류기(ZCT)를 포함하는 영상전류 측정부(200)가 구성된다.The
각상별 전원의 누설전류에는 유효누설전력과 관련있는 저항성분과 무효누설전력과 관련있는 정전용량성분이 포함되어 있어, 도시된 바와 같이 저항성분에 대한 절연저항과 정전용량성분에 대한 정전용량을 구함으로써, 누설전류의 위험도를 판단하게 된다.The leakage current of the power supply for each phase includes a resistance component related to effective leakage power and a capacitance component related to inactive leakage power. , the risk of leakage current is judged.
본 발명의 측정장치(10)에는 상기 전원전압 측정부(100)에서 취득된 각 위상별 전압신호와 상기 영상전류측정부(200)에서 취득한 영상전류신호에서 각각 3배수고조파(3, 6, 9,... 등) 신호를 제외하면서, 임의의 3개의 고조파 신호를 통과시켜 필터링하는 밴드패스필터가 구성된 필터링부(300)가 구성된다.In the measuring
부연 설명하면, 각 위상별 전압신호와 영상전류신호에 포함된 고조파만을 통과시키도록 필터링부(300)가 구성된다.More specifically, the
도 5는 본 발명에 의해 사용되는 밴드패스필터가 구성되는 필터링부의 회로도이며, 도 6은 이를 적용한 파형을 각상별전압파형과 영상전류파형을 함께 도시한 도면이다.5 is a circuit diagram of a filtering unit comprising a band-pass filter used in the present invention, and FIG. 6 is a diagram showing voltage waveforms and zero-phase current waveforms for each phase of a waveform applied thereto.
도시된 바를 참조하면, 필터링부(300)는 밴드패스필터(BFP)가 동일하게 적용되면서 각 위상별 전압신호와 영상전류신호에 포함된 고조파만을 통과시키도록 구성되는데, 이때 3상4선식 활선상태에서 밴드패스필터(BPF)의 적용시에 주파수 범위를 100~1000HZ로 정하는것이 바람직하며, 주파수는 60Hz 3배수, 다시말해 3배수 고조파, 3, 6, 9 등 고조파가 아닌 다수의 고조파의 주파수가 3가지 이상 통과 할 수 있도록 필터를 구성한다.Referring to the drawing, the
다만, 본 발명의 측정방법상 3개의 고조파, 이를 테면 5, 7, 11 고조파 등의 3개의 고조파를 선택하면 절연저항과 정전용량을 구할 수 있으므로, 3배수 고조파를 제외한 어느 3개의 고조파를 선택하든 무방하다.However, in the measurement method of the present invention, if three harmonics, such as 5, 7, and 11 harmonics, are selected, insulation resistance and capacitance can be obtained. free
또한, 정확도를 향상시키기 위해 또 다른 3개의 고조파를 조합하여 반복 계산할 수도 있다. Also, iterative calculations can be performed by combining another three harmonics to improve accuracy.
3배수 고조파의 경우는 상구분이 안되는 고조파이기 때문에, 선택하는 고조파 중에 3배수 고조파를 제외하는 것이 필수이다.In the case of triple harmonics, it is essential to exclude triple harmonics among harmonics to be selected, since they are harmonics that cannot be phase-distinguished.
도 7은 본 발명에 의한 ADC를 통해 변환된 각상별전압파형과 영상전류파형을 도시한 도면이다.7 is a diagram showing voltage waveforms and phase current waveforms for each phase converted through the ADC according to the present invention.
본 발명의 측정장치(10)에는 상기 필터링된 각 위상별 전압신호와 영상전류신호의 각각의 고조파 신호를 디지털 변환시키는 ADC(400)가 구성된다.The measuring
밴드패스필터(BPF)를 적용한 출력신호를 ADC(Analoy to digital converter)에 입력하여 디지털변환시키면, 도시된 바와 같이 해석가능한 상태로 파형을 컴퓨터로 출력할 수 있다.When an output signal applied with a band pass filter (BPF) is input to an analog to digital converter (ADC) and digitally converted, the waveform can be output to a computer in an interpretable state as shown.
또한, 본 발명의 측정장치(10)에는 상기 디지털 변환된 각 위상별 전압신호와 영상전류신호의 각각의 고조파에 대한 한주기 신호를 저장하는 메모리부(500)가 구성된다.In addition, the measuring
다시말해, 밴드패스필터(BPF)의 응답속도에 따라 신호가 안정된 이후에 측정한 상용주파수(60Hz) 한주기 신호를 메모리부(500)에 저장한다.In other words, the commercial frequency (60Hz) one-cycle signal measured after the signal is stabilized according to the response speed of the band pass filter (BPF) is stored in the
V1 : R상 전압 샘플저장 메모리V1: R-phase voltage sample storage memory
V2 : S상 전압 샘플저장 메모리V2: S-phase voltage sample storage memory
V3 : T상 전압 샘플저장 메모리V3: T-phase voltage sample storage memory
Ig: 영상전류 샘플 저장 메모리Ig: Zero phase current sample storage memory
도 8은 본 발명에 의한 FFT 변환처리부를 통해 고조파별로 분리된 각상별전압파형을 나타내는 도면이다. 도 9는 본 발명에 의한 FFT 변환처리부를 통해 고조파별로 분리된 영상전류파형을 나타내는 도면이다.8 is a diagram showing voltage waveforms for each phase separated by harmonics through the FFT conversion processing unit according to the present invention. 9 is a diagram showing a zero-phase current waveform separated for each harmonic through the FFT conversion processing unit according to the present invention.
본 발명의 측정장치(10)에는 상기 저장된 각 위상별 전압신호와 영상전류신호의 각각의 고조파 신호를 실수부와 허수부로 분리하는 FFT변환처리부(600)가 구성된다.The
FFT(Fast Fourier transform) 처리를 통해 각 위상별 전압파형과, 영상전류파형에서 5, 7, 11 고조파를 분리해 실수부, 허수부를 아래와 같이 산출한다.Through FFT (Fast Fourier transform) processing, the voltage waveform for each phase and the 5th, 7th, and 11th harmonics are separated from the zero-phase current waveform, and the real part and imaginary part are calculated as follows.
도 8에 도시된 바는, 위상별 전압신호에서 5, 7, 11 고조파 성분으로 분리하여 나타낸 파형이다.8 is a waveform shown by dividing the voltage signal for each phase into 5th, 7th, and 11th harmonic components.
도 9에 도시된 바는, 영상전류 신호에서 5, 7, 11 고조파 성분으로 분리하여 나타낸 파형이다.9 is a waveform shown by dividing the zero-phase current signal into 5th, 7th, and 11th harmonic components.
도 10은 본 발명에 의한 절연저항과 정전용량을 산출하기 위한 영상전류 연립방정식에 따라 작성된 매트릭스를 보여주는 도면이다.10 is a diagram showing a matrix created according to the simultaneous zero-phase current equation for calculating insulation resistance and capacitance according to the present invention.
본 발명의 측정장치(10)에는 상기 산출된 각 위상별 전압신호와 영상전류신호의 각각의 고조파 신호의 실수부와 허수부를 통해 연립방정식에 기반하여 매트릭스를 작성하고, 영상전류 연립방정식 솔루션을 통해 각 위상별 절연저항과 정전용량을 산출하는 산출부(700)가 구성된다.In the measuring
앞서 기술한 영상전류신호에 기반한 연립방정식은 다음 식과 같다.
The simultaneous equation based on the zero-phase current signal described above is as follows.
도 10은 상기 연립방정식에 기반한 매트릭스를 작성한 도면으로서, 앞서 설명한 샘플데이터를 이용하여 상기 연립방정식을 행렬화하여 표현한 것이다.
10 is a diagram in which a matrix based on the simultaneous equations is created, and the simultaneous equations are matrixed and expressed using the sample data described above.
도시된 "y = Mx" 는 상기 연립방정식을 적용한 매트릭스로서, The illustrated "y = Mx" is a matrix to which the simultaneous equations are applied,
y 행렬값과 M행렬 값은 앞서 기술한 메모리부(500)에 저장된 수식을 통해 산출되는 값을 그대로 적용하며,For the y matrix value and the M matrix value, the values calculated through the formula stored in the
x행렬 값은 절연저항과 정전용량에 관한 값으로서, 매트릭스를 이용하여 산출해 낼수 있다The x matrix value is a value related to insulation resistance and capacitance, and can be calculated using a matrix.
다시말해, 연립방정식에 따른 매트릭스를 작성하고, 연립방정식 솔루션을 통해 각 위상별 절연저항, 정전용량을 산출한다.In other words, create a matrix according to the simultaneous equations, and calculate the insulation resistance and capacitance for each phase through the simultaneous equation solution.
본 발명에 의한 방식은 고조파 크기가 클수록 정확도는 향상된다. 따라서 고조파 크기가 큰 값일수록 더 큰 가중치를 주면서 여러번 반복 측정하여 가중치 평균을 산출하고 사용자가 가중치, 반복 산출 값, 가중치 평균 값을 볼 수 있도록 구성된다.In the method according to the present invention, the higher the harmonics, the higher the accuracy. Therefore, the larger the value of the harmonics, the larger the weight is given and the weighted average is calculated by repeating the measurement several times, and the user can see the weighted value, the repeated calculated value, and the weighted average value.
연립방정식을 적용한 매트릭스 변환에 대해 부연설명하면, If we further explain the matrix transformation to which the simultaneous equations are applied,
Ig(누설전류), V(각상전압), dV/dt 부분을 주파수별 극좌표을 구하게 되며, 이를 통해 실수부, 허수부로 구분한다.Polar coordinates for each frequency are obtained for Ig (leakage current), V (voltage for each phase), and dV/dt, and through this, it is divided into a real part and an imaginary part.
실수부를 A, 허수부를 B로 표현하고 주파수 f에 대해서 식을 쓰면,Representing the real part as A and the imaginary part as B, and writing the expression for the frequency f,
A_Ig_f = A_V_f_r상 * G_r상 + A_dVdt_f_r상 * C_r상A_Ig_f = Phase A_V_f_r * Phase G_r + Phase A_dVdt_f_r * Phase C_r
+ A_V_f_s상 * G_s상 + A_dVdt_f_s상 * C_s상 + A_V_f_s phase * G_s phase + A_dVdt_f_s phase * C_s phase
+ A_V_f_t상 * G_t상 + A_dVdt_f_t상 * C_t상 + A_V_f_t phase * G_t phase + A_dVdt_f_t phase * C_t phase
B_Ig_f = B_V_f_r상 * G_r상 + B_dVdt_f_r상 * C_r상 B_Ig_f = Phase B_V_f_r * Phase G_r + Phase B_dVdt_f_r * Phase C_r
+ B_V_f_s상 * G_s상 + B_dVdt_f_s상 * C_s상 + B_V_f_s phase * G_s phase + B_dVdt_f_s phase * C_s phase
+ B_V_f_t상 * G_t상 + B_dVdt_f_t상 * C_t상 + B_V_f_t phase * G_t phase + B_dVdt_f_t phase * C_t phase
각 위상별 전압신호와 영상전류신호의 각각의 고조파 신호 3개를 적용하게 되는데, 1가지 고조파 주파수에 대해서 2개의 식이 만들어진다.Three harmonic signals of each phase voltage signal and phase current signal are applied, and two equations are created for one harmonic frequency.
산출하고자 하는 값은 각 상별 1/절연저항과 정전용량에 관한 값, 다시말해 G_r상, G_s상, G_t상, C_r상, C_s상, C_t상 총 6개이다.The value to be calculated is a total of 6 values related to 1/insulation resistance and capacitance for each phase, that is, G_r phase, G_s phase, G_t phase, C_r phase, C_s phase, and C_t phase.
따라서 3가지 주파수에 대해서 연립방정식을 풀면 되며, 3가지 주파수를 이를테면 f1, f2, f3에 대해서 식을 만들고, 3가지 주파수 파형을 조합해서 다음을 매트릭스를 산출하게 된다.Therefore, the simultaneous equations can be solved for the three frequencies, the equations are created for the three frequencies, for example, f1, f2, and f3, and the three frequency waveforms are combined to calculate the following matrix.
[IG] = [M][X][IG] = [M][X]
상기 식에서 X를 산출하게 되는데, 역행렬을 구하는 방식으로,In the above formula, X is calculated, in such a way as to obtain an inverse matrix,
여기서,here,
IG = [A_Ig_f1; A_Ig_f2; A_Ig_f3; B_Ig_f1; B_Ig_f2; B_Ig_f3;]IG = [A_Ig_f1; A_Ig_f2; A_Ig_f3; B_Ig_f1; B_Ig_f2; B_Ig_f3;]
M = [A_V_f1_r상, A_dVdt_f1_r상, A_V_f1_s상, A_dVdt_f1_s상, A_V_f1_t상, A_dVdt_f1_t상;M = [A_V_f1_r phase, A_dVdt_f1_r phase, A_V_f1_s phase, A_dVdt_f1_s phase, A_V_f1_t phase, A_dVdt_f1_t phase;
A_V_f2_r상, A_dVdt_f2_r상, A_V_f2_s상, A_dVdt_f2_s상, A_V_f2_t상, A_dVdt_f2_t상; A_V_f2_r phase, A_dVdt_f2_r phase, A_V_f2_s phase, A_dVdt_f2_s phase, A_V_f2_t phase, A_dVdt_f2_t phase;
A_V_f3_r상, A_dVdt_f3_r상, A_V_f3_s상, A_dVdt_f3_s상, A_V_f3_t상, A_dVdt_f3_t상; A_V_f3_r phase, A_dVdt_f3_r phase, A_V_f3_s phase, A_dVdt_f3_s phase, A_V_f3_t phase, A_dVdt_f3_t phase;
B_V_f1_r상, B_dVdt_f1_r상, B_V_f1_s상, B_dVdt_f1_s상, B_V_f1_t상, B_dVdt_f1_t상; Phase B_V_f1_r, Phase B_dVdt_f1_r, Phase B_V_f1_s, Phase B_dVdt_f1_s, Phase B_V_f1_t, Phase B_dVdt_f1_t;
B_V_f2_r상, B_dVdt_f2_r상, B_V_f2_s상, B_dVdt_f2_s상, B_V_f2_t상, B_dVdt_f2_t상; B_V_f2_r phase, B_dVdt_f2_r phase, B_V_f2_s phase, B_dVdt_f2_s phase, B_V_f2_t phase, B_dVdt_f2_t phase;
B_V_f3_r상, B_dVdt_f3_r상, B_V_f3_s상, B_dVdt_f3_s상, B_V_f3_t상, B_dVdt_f3_t상;] B_V_f3_r phase, B_dVdt_f3_r phase, B_V_f3_s phase, B_dVdt_f3_s phase, B_V_f3_t phase, B_dVdt_f3_t phase;]
X = [G_r상; C_r상; G_s상; C_s상; G_t상; C_t상;]X = [G_r phase; C_r phase; G_s prize; C_s phase; G_t phase; C_t phase;]
상기 방식은 고조파의 주파수를 변경하여 여러번 시도해서 정확도를 향상시킬 수 있게 된다.In this method, it is possible to improve the accuracy by changing the frequency of harmonics and making several attempts.
정리하면, 3상4선식 설비의 주회로의 각 위상별(R, S, T)로 절연저항과 정전용량 에 대해 총 6개의 변수를 산출하기 위해, 각 위상별로 임의의 3개의 고조파, 이를 테면, 각 위상별로 5, 7, 11 고조파에 따른 데이터와 영상전류에 대한 데이터를 통해서 영상전류에 관한 연립방정식을 3가지 주파수에 대해 실수부, 허수부로 나누어 6가지 방정식을 만들 수 있고, 이것을 해석함으로써 위상별 절연저항, 정전용량을 산출할 수 있게 된다.In summary, in order to calculate a total of 6 variables for insulation resistance and capacitance for each phase (R, S, T) of the main circuit of a 3-phase 4-wire facility, three random harmonics for each phase, such as , 6 equations can be created by dividing the simultaneous equations related to the zero-phase current into the real part and the imaginary part for the three frequencies through the data according to the 5th, 7th, and 11th harmonics and the zero-phase current data for each phase. Insulation resistance and capacitance for each phase can be calculated.
이상에서는 첨부된 도면들을 참조하면서 이 발명의 실시예에 대하여 설명하였다.In the above, an embodiment of the present invention has been described with reference to the accompanying drawings.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능 점을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적으로 이해해서는 안 될것이며, 모든 권리는 청구범위의 구성으로 결정될 것이다.The above description of the present invention is for illustrative purposes, and those skilled in the art can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above are illustrative in all respects and should not be understood as limiting, and all rights will be determined by the constitution of the claims.
100: 전원전압 측정부 200: 영상전류 측정부
300: 필터링부 400: ADC
500: 메모리부 600: FFT변환처리부
700: 산출부(MPU)100: power supply voltage measurement unit 200: phase current measurement unit
300: filtering unit 400: ADC
500: memory unit 600: FFT conversion processing unit
700: calculation unit (MPU)
Claims (3)
상기 측정장치는 분전반 내부에 구성되며,
상기 전기설비의 주회로에 공급되는 전원의 각 위상별 전압신호를 취득하는 프로브를 포함하는 전원전압 측정부;
상기 전기설비의 주회로에 공급되는 전원의 영상전류 신호를 취득하는 영상변류기를 포함하는 영상전류 측정부;
상기 전원전압 측정부에서 취득된 각 위상별 전압신호와 상기 영상전류 측정부에서 취득한 영상전류신호에서 각각 3배수 고조파 신호를 제외한 임의의 3개의 고조파 신호만을 통과시켜 필터링하는 밴드패스필터가 구성된 필터링부;
상기 필터링된 각 위상별 전압신호와 영상전류신호의 각각의 고조파 신호를 디지털 변환시키는 ADC;
상기 디지털 변환된 각 위상별 전압신호와 영상전류신호의 각각의 고조파에 대한 한주기 신호를 저장하는 메모리부;
상기 저장된 각 위상별 전압신호와 영상전류신호의 각각의 고조파 신호를 실수부와 허수부로 분리하는 FFT변환처리부; 및
상기 산출된 각 위상별 전압신호와 영상전류신호의 각각의 고조파 신호의 실수부와 허수부를 통해 아래와 같은 매트릭스를 작성하고,
영상전류 연립방정식 솔루션을 통해 각 위상별 절연저항과 정전용량을 산출하는 산출부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 3상4선식 전기설비 주회로에서 각상별 활선상태 절연저항과 정전용량의 측정장치.In the measuring device for measuring the insulation resistance and capacitance of each phase in the main circuit of a three-phase four-wire electrical installation in a live wire state,
The measuring device is configured inside the distribution board,
a power supply voltage measuring unit including a probe for obtaining a voltage signal for each phase of power supplied to the main circuit of the electrical equipment;
a zero-phase current measuring unit including a zero-phase current transformer that acquires a zero-phase current signal of power supplied to the main circuit of the electrical equipment;
A filtering unit comprising a band pass filter for passing and filtering only three arbitrary harmonic signals excluding the three-fold harmonic signal from the voltage signal for each phase obtained from the power supply voltage measurement unit and the zero-phase current signal obtained from the zero-phase current measurement unit, respectively. ;
an ADC for digitally converting each of the harmonic signals of the filtered voltage signal for each phase and zero-phase current signal;
a memory unit for storing a one-cycle signal for each harmonic of the digitally converted voltage signal for each phase and zero-phase current signal;
an FFT conversion processing unit which separates each harmonic signal of the stored voltage signal for each phase and the zero-phase current signal into a real part and an imaginary part; and
The following matrix is prepared through the real part and the imaginary part of each harmonic signal of the voltage signal for each phase and the zero phase current signal calculated above,
Calculation unit for calculating the insulation resistance and capacitance for each phase through the solution of the simultaneous zero-phase current equation .
(a) 상기 전기설비의 주회로에 공급되는 전원의 각 위상별 전압신호를 프로브로 취득하는 단계;
(b) 상기 전기설비의 주회로에 공급되는 전원의 영상전류 신호를 영상변류기로 취득하는 단계;
(c) 상기 취득된 각 위상별 전압신호와 영상전류신호를 각각 밴드패스필터를 이용하여 임의의 3개의 고조파 신호를 통과시켜 필터링하는 단계;
(d) 상기 필터링된 각 위상별 전압신호와 영상전류신호의 각각의 고조파 신호를 ADC를 통해 디지털 변환시키는 단계;
(e) 상기 디지털 변환된 각 위상별 전압신호와 영상전류신호의 각각의 고조파에 대한 한주기 신호를 저장하는 단계;
(f) 상기 저장된 각 위상별 전압신호와 영상전류신호의 각각의 고조파 신호를 FFT변환을 통해 실수부와 허수부로 분리하는 단계; 및
(g) 상기 산출된 각 위상별 전압신호와 영상전류신호의 각각의 고조파 신호의 실수부와 허수부를 통해 아래와 같은 매트릭스를 작성하고,
연립방정식 솔루션을 통해 각 위상별 절연저항과 정전용량을 산출하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 3상4선식 전기설비 주회로에서 각상별 활선상태 절연저항과 정전용량의 측정 방법.In the method of measuring the insulation resistance and capacitance of each phase in the main circuit of a three-phase four-wire electrical installation in a live wire state,
(a) obtaining a voltage signal for each phase of the power supplied to the main circuit of the electrical equipment with a probe;
(b) acquiring a zero-phase current signal of power supplied to the main circuit of the electrical equipment with a zero-phase current transformer;
(c) filtering the acquired voltage signal and zero-phase current signal for each phase by passing three arbitrary harmonic signals using a band pass filter, respectively;
(d) digitally converting each harmonic signal of the filtered phase voltage signal and phase current signal through an ADC;
(e) storing one-cycle signals for each harmonic of the digitally converted voltage signal for each phase and zero-phase current signal;
(f) separating each harmonic signal of the stored voltage signal for each phase and zero-phase current signal into a real part and an imaginary part through FFT conversion; and
(g) The following matrix is prepared through the real part and the imaginary part of each harmonic signal of the voltage signal and phase current signal for each phase calculated above,
Calculating insulation resistance and capacitance for each phase through a simultaneous equation solution; Method for measuring live-line insulation resistance and capacitance for each phase in a main circuit of a three-phase, four-wire electrical installation, characterized in that it comprises a.
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KR1020220045564A KR102495562B1 (en) | 2022-04-13 | 2022-04-13 | Measuring device and method of insulation resistance and capacitance of each phase in live wire state in main circuit of 3-phase 4-wire type electrical equipment |
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KR100219013B1 (en) | 1995-02-13 | 1999-09-01 | 다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시 | Insulation monitoring system |
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2022
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