KR102676594B1 - 3상절연전원시스템의 절연저항 측정장치 및 방법 - Google Patents
3상절연전원시스템의 절연저항 측정장치 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 계통과 절연된 3상 전원 시스템의 전원과 접지간 저항을 측정하는 장치 및 방법을 제공하므로 전선 피복의 손상이나 기기의 노후화로 인하여 발생하는 누전으로 인한 사고를 사전에 점검하고 경고, 차단등을 통하여 인명 또는 화재사고 등으로부터 안전을 확보하기 위한 수단을 제공한다.
Description
3상 전원에 대해서 부하나 전기기기 또는 전선 피복의 노후로 인한 절연 불량을 사전 점검하여 사고로부터 예방을 위하여 계통과 절연된 3상전원공급시스템에서 전원과 접지간 저항을 실시간으로 측정하는 장치 및 방법을 제공한다.
통상적으로 우리나라는 한국전력공사에서 제공하는 전원은 통상 3상4선식으로, 최종단에서의 선간전압은 380V이고, 선과 중성선 사이 전압은 220V로서 220V를 사용하는 일반 가정에는 3상 중 하나의 선과 중성선을 사용하는데 이때 중성선은 보통 대지와 동일한 전위를 가지도록 하고 있다.
전기기기는 안전성을 위해 접지되어 누전이 발생하였을 때 전기기기를 보호하고 누전에 의해 발생될 수 있는 위험을 제거하고 있다.
단상 시스템에서 상과 접지간 절연저항을 측정하기 위해 종래의 제시된 기술들을 적용하면 어떤 측정시점에서 측정하든 관계없이 동일한 절연저항 값을 얻을 수 있으나, 3상 시스템의 경우는 이와 달리 측정 시점에 따라 상이한 다른 값이 얻어 지는데 계통과 절연된 전기시스템에서 부하측 전원과 접지 간 절연불량이 발생하였을 경우, 이러한 절연불량 상태를 계통측에서는 측정 및 검출할 수 없으므로 절연불량으로 인한 사고에 대처할 수 없는 실정이다.
아래 특허문헌은 저압 전력선의 접지 저항을 측정하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것으로 상기 접지 저항 측정 장치는 삼상 전력선(R, T, S) 중 어느 하나의 전력선과 측정대상 접지 사이에 연결되어, 누설 전류를 인위적으로 발생시키는 누설전류 발생기; 중성선(N)과 상기 측정대상 접지 사이에 연결되어, 상기 누설전류 발생기로부터 발생된 누설전류로 인해 상승된 실효 전압을 측정하는 전압계; 및 상기 측정된 실효전압을 기초로 측정대상의 접지저항을 산출하는 연산부를 포함하는 방식이다.
본 발명은 3상전원 공급시스템에서 계통과 절연된 전기시스템의 부하측 절연불량 상태를 실시간 측정하는 방법을 제안한다.
특히 공장이나 대형빌딩, 아파트 같은 대규모 전력공급 시스템에서는 3상전원을 주로 사용하는데 이러한 3상전원 공급시스템에 특화된 절연불량 측정 방법을 제시한다.
또한 태양광, 풍력, 지열 발전 등의 분산전원 시스템에도 적용 가능하며 이 경우 발전장비의 예방진단 기능과 함께 사용될 수 있다.
절연된 3상전원 공급시스템의 한 상과 접지 간 절연에 이상이 발생하였을 경우, 접지점이 고정되어 있지 않고 이동하므로 인하여 상과 접지 간 저항을 측정하기가 용이하지 않다. 하지만 전기안전을 확보하기 위해서는 이를 실시간으로 측정하고 위험 수준에 이를 경우 경고, 차단 등의 보호조치가 필요한데 본 발명은 이에 대한 해결 방안을 제시한다.
본 발명은 각 상과 접지간 절연 이상이 발생하였을 경우 이동하는 접지점 전압이 어떠하든지 관계없이 각 상과 접지간 절연저항을 실시간 측정할 수 있는 연산식을 제공한다.
상기와 같은 목적을 위하여 본 발명에 따른 3상절연전원시스템의 상-접지간 절연저항 측정장치 및 방법은 각 상과 접지 사이에 제1저항을 연결하고, 스위치를 통하여 구성된 제2저항을 제1저항과 병렬로 구성하며, 제1저항과 제2저항을 통하여 흐르는 전류를 측정하는 수단과, 계통전압과 동기된 위치에서 상기 측정된 전류로부터 각 상과 접지간 저항을 연산하는 연산회로와, 상기 측정된 총12개 전류(스위치 상태 총4종, 3상)로부터 아래 [수학식 1]을 사용하여 각 상과 접지간 저항을 연산하여 측정하는 것이다.
상기 제2저항과 직렬로 연결된 상기 스위치는 최소 두 주기 이상의 시간 간격을 두고 각자 따로 동작하며 그 동작 유지 시간은 최소 한 주기 이상인 것이다.
상기 전류를 측정하는 시점은 각 상전압이 최대인 위치에서 제1저항과 제2저항에 흐르는 전류를 측정하는 수단을 가지는 것이다.
본 발명은 절연된 전원으로 인하여 접지점 전압이 프로팅된 상태에서 전원의 각 상과 접지간 저항을 측정하는 방법을 제공하므로 계통과 절연된 전원 시스템의 누전 상태를 정확히 측정하여 위험을 사전 예방하고 경고하는 기능을 부가하므로 인명 및 재산을 보전할 수 있는 방안을 제공한다.
또한 본 발명은 실시간 저항의 자료를 제공하며 이는 전원 계통의 절연 열화 과정을 예측할 수 있는 원초 자료를 제공하고 인공지능과 결부되어 예방진단 및 사고 예측을 가능하게 한다.
도1은 본 발명의 대표도.
도2는 A상과 접지간 저항을 측정하기 위한 측정 지점.
도3은 B상과 접지간 저항을 측정하기 위한 측정 지점.
도4는 C상과 접지간 저항을 측정하기 위한 측정 지점.
도5는 본 발명의 연산을 실행하는 흐름도 일예.
도2는 A상과 접지간 저항을 측정하기 위한 측정 지점.
도3은 B상과 접지간 저항을 측정하기 위한 측정 지점.
도4는 C상과 접지간 저항을 측정하기 위한 측정 지점.
도5는 본 발명의 연산을 실행하는 흐름도 일예.
본 발명은 다양한 변경을 가하여 실시할 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명을 통해 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
계통과 절연된 3상 전원의 각 상과 접지간 저항을 측정하는 방법은 다음과 같다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 보다 상세하게 설명한다.
도 1에서 절연된 3상전원(100)은 절연변압기일 수도 있고, 태양광 발전을 통해 생성된 3상 전원일 수도 있고, 별도의 배터리등을 통해 얻은 3상 전원일 수도 있다.
또한 부하(300)는 어떤 부하든지 본 발명에서 주장하는 내용과 독립적으로 운용될 수 있다.
본 발명에서 제안하는 측정시스템(200)은 3상전원(100)과 부하(300) 사이에 연결된 각 상전압(A상, B상, C상)과 접지를 입력으로 받는다.
검출회로(210)는 A상 전원에 연결되어 한선은 저항(R1)을 통하여 전류센서의 입력단과 연결되고 다른 한선은 접점스위치(SW_A)와 저항(R2)을 통하여 전류센서의 입력단에 연결되어 두 저항(R1, R2)에서 흐르는 전류가 합쳐진 전류를 전류센서는 측정하고 이를 연산기(240)에 전송한다.
또한 검출회로(220)도 검출회로(210)과 동일한 형태로 B상 전원에 연결되어 한선은 저항(R1)을 통하여 전류센서의 입력단과 연결되고 다른 한선은 접점스위치(SW_B)와 저항(R2)을 통하여 전류센서의 입력단에 연결되어 두 저항(R1, R2)에서 흐르는 전류가 합쳐진 전류를 전류센서는 측정하고 이를 연산기(240)에 전송한다.
검출회로(230)도 같은 방법으로 C상 전원에 연결되어 한선은 저항(R1)을 통하여 전류센서의 입력단과 연결되고 다른 한선은 접점스위치(SW_C)와 저항(R2)을 통하여 전류센서의 입력단에 연결되어 두 저항(R1, R2)에서 흐르는 전류가 합쳐진 전류를 전류센서는 측정하고 이를 연산기(240)에 전송한다.
먼저 각상과 접지간 저항을 Rea, Reb, Rec라 했을때 그 값은 수학식 1과 같이 표현된다.
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이때 각 분자와 분모의 변수는 아래와 같다.
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, 이다.
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, 이다.
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상기 각 변수 A0, A1, A2, A3, B0, B1, B2, B3, C0, C1, C2, C3은 측정시스템(200) 내의 전류센서에서 측정된 전류값을 표현하는데,
A0, B0, C0는 접점스위치(SW_A, SW_B, SW_C)가 오프 상태 시 측정된 전류값이며,
A1, B1, C1은 접점스위치(SW_C)가 온 상태 시 측정된 전류값이며,
A2, B2, C2은 접점스위치(SW_B)가 온 상태 시 측정된 전류값이며,
A3, B3, C3은 접점스위치(SW_A)가 온 상태 시 측정된 전류값이다.
이때 각 측정된 전류값(A0, A1, A2, A3, B0, B1, B2, B3, C0, C1, C2, C3)은 접지간 저항을 측정하고자 하는 상에 따라 각기 다른 측정지점에서 값이 얻어지는데 이는 도2, 도3, 도4에서 상술한다.
도2는 A상과 접지 간 저항(Rea)을 얻기 위해 얻는 전류의 측정지점을 표시한 그림으로 A상과 접지 간 저항(Rea)을 연산하기 위한 각 전류값(A0, A1, A2, A3, B0, B1, B2, B3, C0, C1, C2, C3)은 A상 전압이 최대값을 가지는 시점(Ta)에서 전류를 측정한다.
먼저 접점스위치(SW_A, SW_B, SW_C) 모두 오프 상태에서 A상 전압이 최대일 때 즉 시점(Ta)에서 전류를 측정하여 A0, B0, C0를 얻는다.
다음 접점스위치(SW_C)를 온, 접점스위치(SW_A, SW_B)는 오프 상태에 두고 시점(Ta)에서 전류를 측정하여 A1, B1, C1을 얻는다. 다음 접점스위치(SW_B)를 온, 접점스위치(SW_A, SW_C)는 오프 상태에 두고 시점(Ta)에서 전류를 측정하여 A2, B2, C2을 얻는다.
다음 접점스위치(SW_A)를 온, 접점스위치(SW_B, SW_C)는 오프 상태에 두고 시점(Ta)에서 전류를 측정하여 A3, B3, C3을 얻는다.
이렇게 얻어진 전류값(A0, A1, A2, A3, B0, B1, B2, B3, C0, C1, C2, C3)을 상기 수학식 1에 대입하여 A상과 접지간 저항(Rea)을 연산한다.
도3은 B상과 접지 간 저항(Reb)을 얻기 위해 얻는 전류의 측정지점을 표시한 그림으로 도2와 동일한 방식으로 진행하는데, B상과 접지 간 저항(Reb)을 연산하기 위한 각 전류값(A0, A1, A2, A3, B0, B1, B2, B3, C0, C1, C2, C3)은 B상 전압이 최대값을 가지는 시점(Tb)에서 전류를 측정한다.
먼저 접점스위치(SW_A, SW_B, SW_C) 모두 오프 상태에서 B상 전압이 최대일때 즉 시점(Tb)에서 전류를 측정하여 A0, B0, C0를 얻는다.
다음 접점스위치(SW_C)를 온, 접점스위치(SW_A, SW_B)는 오프 상태에 두고 시점(Tb)에서 전류를 측정하여 A1, B1, C1을 얻는다.
다음 접점스위치(SW_B)를 온, 접점스위치(SW_A, SW_C)는 오프 상태에 두고 시점(Tb)에서 전류를 측정하여 A2, B2, C2을 얻는다.
다음 접점스위치(SW_A)를 온, 접점스위치(SW_B, SW_C)는 오프 상태에 두고 시점(Tb)에서 전류를 측정하여 A3, B3, C3을 얻는다.
이렇게 얻어진 전류값(A0, A1, A2, A3, B0, B1, B2, B3, C0, C1, C2, C3)을 상기 수학식 1에 대입하여 B상과 접지간 저항(Reb)을 연산한다.
도4도 같은 방법으로 C상과 접지 간 저항(Rec)을 얻는데, C상과 접지 간 저항(Rec)을 연산하기 위한 각 전류값(A0, A1, A2, A3, B0, B1, B2, B3, C0, C1, C2, C3)은 C상 전압이 최대값을 가지는 시점(Tc)에서 전류를 측정한다.
먼저 접점스위치(SW_A, SW_B, SW_C) 모두 오프 상태에서 C상 전압이 최대일때 즉 시점(Tc)에서 전류를 측정하여 A0, B0, C0를 얻는다.
다음 접점스위치(SW_C)를 온, 접점스위치(SW_A, SW_B)는 오프 상태에 두고 시점(Tc)에서 전류를 측정하여 A1, B1, C1을 얻는다.
다음 접점스위치(SW_B)를 온, 접점스위치(SW_A, SW_C)는 오프 상태에 두고 시점(Tc)에서 전류를 측정하여 A2, B2, C2을 얻는다.
다음 접점스위치(SW_A)를 온, 접점스위치(SW_B, SW_C)는 오프 상태에 두고 시점(Tc)에서 전류를 측정하여 A3, B3, C3을 얻는다. 이렇게 얻어진 전류값(A0, A1, A2, A3, B0, B1, B2, B3, C0, C1, C2, C3)을 상기 수학식 1에 대입하여 C상과 접지간 저항(Rec)을 연산한다.
상기 연산식들은 다소 많은 연산량을 가지긴 하나 연산의 주기가 60Hz 전원일 경우 16mSec 이내에 연산을 처리할 수 있으면 실시간 연산에 문제가 없으며 더구나 CPU의 성능이 좋은 현재는 연산시간에 아무런 제약 없이 값을 얻을 수 있다.
도5는 상기 전체 저항을 구하기 위한 플로우차트를 보인다.
측정 대상이 A상과 접지간 저항(Rea)을 측정하려면 SW_A, SW_B, SW_C를 모두 OFF로 두고 A상전압이 최대인 위치에서 측정시스템(200)의 전류센서를 통하여 전류(Ia, Ib, Ic)를 측정하여 이를 각각 A0, B0, C0에 대입한다.
이어서 SW_C만을 ON 하고 A상전압이 최대인 위치에서 측정시스템(200)의 전류센서를 통하여 전류(Ia, Ib, Ic)를 측정하여 이를 각각 A1, B1, C1에 대입한다.
이어 SW_B만을 ON 하고 A상전압이 최대인 위치에서 측정시스템(200)의 전류센서를 통하여 전류(Ia, Ib, Ic)를 측정하여 이를 각각 A2, B2, C2에 대입한다.
이어 SW_A만을 ON 하고 A상전압이 최대인 위치에서 측정시스템(200)의 전류센서를 통하여 전류(Ia, Ib, Ic)를 측정하여 이를 각각 A3, B3, C3에 대입한다.
이렇게 얻어진 총 12개 전류값(A0, A1, A2, A3, B0, B1, B2, B3, C0, C1, C2, C3)을 수학식 1에 적용하여 A상과 접지간 저항(Rea)을 얻는다. 동일한 방법의 순서를 따라 B상과 접지간 저항(Reb) 및 C상과 접지간 저항(Rec)을 연산한다.
100: 절연된 3상 전원 공급 시스템.
200: 본 발명에서 제시하는 측정시스템.
210, 220, 230: 각 상의 접지저항을 측정하기 위한 검출 회로로서 각각 저항(R1, R2), 접점 스위치(SW_A, SW_B, SW_C), 전류센서를 가지는 전류측정수단.
240: 계통전압과 동기된 위치에서 측정된 전류로부터 각 상과 접지간 저항을 연산하는 연산회로.
300: 일반적인 3상 부하.
Rea, Reb, Rec: 각 상과 접지간 저항.
200: 본 발명에서 제시하는 측정시스템.
210, 220, 230: 각 상의 접지저항을 측정하기 위한 검출 회로로서 각각 저항(R1, R2), 접점 스위치(SW_A, SW_B, SW_C), 전류센서를 가지는 전류측정수단.
240: 계통전압과 동기된 위치에서 측정된 전류로부터 각 상과 접지간 저항을 연산하는 연산회로.
300: 일반적인 3상 부하.
Rea, Reb, Rec: 각 상과 접지간 저항.
Claims (7)
- 3상절연전원시스템의 상-접지간 절연저항 측정장치에 있어서,
각 상과 접지 사이에 연결된 제1저항(R1)과, 스위치(SW-A, SW-B, SW-C)와 직렬 연결된 제2저항(R2)을 각 상에 연결된 제1저항과 병렬로 구성하며, 제1저항과 제2저항을 통하여 흐르는 전류를 측정하는 전류측정수단(210, 220, 230)과, 계통전압과 동기된 위치에서 상기 측정된 전류로부터 아래 [수학식 1]을 사용하여 각 상과 접지간 저항을 측정하여 연산하는 연산회로(240)로 구성되는 것을 특징으로 하는 3상절연전원시스템의 상-접지간 절연저항 측정장치.
[수학식 1]
여기에서 상기 Rea, Reb, Rec는 각상과 접지간 저항이며,
, ,
, ,
, ,
, ,
, ,
, ,
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, , ,
, 이다.
상기 각 변수 A0, A1, A2, A3, B0, B1, B2, B3, C0, C1, C2, C3은 측정시스템(200) 내의 전류센서에서 측정된 전류값을 표현하는데, A0, B0, C0는 접점스위치(SW_A, SW_B, SW_C)가 오프 상태 시 측정된 전류값이며,
상기 A1, B1, C1은 접점스위치(SW_C)가 온 상태 시 측정된 전류값이며,
상기 A2, B2, C2은 접점스위치(SW_B)가 온 상태 시 측정된 전류값이며,
상기 A3, B3, C3은 접점스위치(SW_A)가 온 상태 시 측정된 전류값이다.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제2저항과 직렬로 연결된 상기 스위치는 최소 두 주기 이상의 시간 간격을 두고 각자 따로 동작하며 그 동작 유지 시간은 최소 한 주기 이상인 것을 특징으로 하는 3상절연전원시스템의 상-접지간 절연저항 측정장치.
- 제1항에 있어서,
상기 전류를 측정하는 시점은 각 상전압이 최대인 위치에서 제1저항과 제2저항에 흐르는 전류를 측정하는 수단을 가지는 3상절연전원시스템의 상-접지간 절연저항 측정장치.
- 3상절연전원시스템의 상-접지간 절연저항을 측정하는 방법으로서,
각 상과 접지 사이에 제1저항(R1)을 연결하는 단계;
스위치(SW-A, SW-B, SW-C)와 직렬 연결된 제2저항(R2)을 각 상에 연결된 상기 제1저항과 병렬로 구성하는 단계;
상기 제1저항과 상기 제2저항을 통하여 흐르는 전류를 측정하는 수단(210, 220, 230)을 구성하는 단계;
상기 측정된 전류로부터 아래 수학식 1을 사용하여 각 상과 접지간 저항을 측정하는 단계;
계통전압과 동기된 위치에서 상기 측정된 전류로부터 상기 측정된 각 상과 접지간 저항 연산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상절연전원시스템의 상-접지간 절연저항을 측정하는 방법.
[수학식 1]
여기에서 상기 Rea, Reb, Rec는 각상과 접지간 저항이며,
, ,
, ,
, ,
, ,
, ,
, ,
, , , , , ,
, , ,
, 이다.
상기 각 변수 A0, A1, A2, A3, B0, B1, B2, B3, C0, C1, C2, C3은 측정시스템(200) 내의 전류센서에서 측정된 전류값을 표현하는데, 상기 A0, B0, C0는 접점스위치(SW_A, SW_B, SW_C)가 오프 상태 시 측정된 전류값이며,
상기 A1, B1, C1은 접점스위치(SW_C)가 온 상태 시 측정된 전류값이며,
상기 A2, B2, C2은 접점스위치(SW_B)가 온 상태 시 측정된 전류값이며,
상기 A3, B3, C3은 접점스위치(SW_A)가 온 상태 시 측정된 전류값이다. - 제5항에 있어서,
상기 제2저항과 직렬로 연결된 상기 스위치는 최소 두 주기 이상의 시간 간격을 두고 각자 따로 동작하며 그 동작 유지 시간은 최소 한 주기 이상인 것을 특징으로 하는 3상절연전원시스템의 상-접지간 절연저항을 측정하는 방법.
- 제6항에 있어서,
상기 전류를 측정하는 시점은 각 상전압이 최대인 위치에서 제1저항과 제2저항에 흐르는 전류를 측정하는 수단을 가지는 3상절연전원시스템의 상-접지간 절연저항을 측정하는 방법.
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR20080015605A (ko) * | 2006-08-16 | 2008-02-20 | 김보경 | 전선로의 절연검출방법, 절연검출시스템 및 누설전류보상기 |
| KR102467046B1 (ko) | 2020-10-14 | 2022-11-15 | 한국표준과학연구원 | 저압 전력선의 접지 저항을 측정하기 위한 장치 및 그 방법 |
-
2024
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Patent Citations (2)
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