KR20040038534A

KR20040038534A - 직류신호선용 차전류 접지검출 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20040038534A
Application number: KR1020020067527A
Authority: KR
Inventors: 김낙상; 김태형
Original assignee: 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2002-11-01
Filing date: 2002-11-01
Publication date: 2004-05-08
Also published as: KR100445339B1

Abstract

본 발명은 직류신호선용 차전류 접지검출 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명은 이를 위해 클램프 형태의 무접촉식 감지기로, 라인(Line) A,B에 장착되어 미소 직류전류 계측기 라인의 전류를 측정하는 직/교류(AC/DC) 감지기(2); 상기 직/교류 감지기에서 출력된 전압을 받아서 디지털변환부에 의해 디지털 값으로 변환하는 AD 컨버터(3); 전류변환부(4a), 차전류절대값계산부(4b), 라인전압선택부(4c), 접지저항계산부(4d), 경보값설정부(4e), 비교부(4f), 경보발생부(4g)로 이루어지는 중앙처리장치(CPU)(4); 상기 측정된 전류, 차전류, 차전류 및 전압을 이용하여 계산된 접지 저항을 트렌드 및 숫자의 형태로 표시하는 모니터(5);가 포함되는 직류신호선용 차전류를 접지 검출하는 검출기(1)로 구비되어 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 제어 및 계측 신호 계통에 있어 배선 경로상의 외란, 결선의 오류 그리고 케이블 피복 열화에 따른 함체와의 접촉등에 기인되는 신호값의 변동에 대한 이상 유무를 검사할 수 있도록 한 것이다.

Description

직류신호선용 차전류 접지검출 장치 및 그 방법{ground detect apparatus of differential current for DC signal line and method theroof}

본 발명은 직류신호선용 차전류 접지검출 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제어 및 계측 신호 계통에 있어 배선 경로상의 외란, 결선의 오류 그리고 케이블 피복 열화에 따른 함체와의 접촉등에 기인되는 신호값의 변동에 대한 이상 유무를 검사할 수 있도록 한 것이다.

주지하다시피 원자력 발전소 및 공장등의 제어 및 계측 신호 계통에서 임의의 신호선에 접지(earth)가 발생하였을 경우, 그 접지 라인을 통해 유입되는 노이즈는 제어기의 오동작 및 부정확한 센서값 입력으로 인해 관련 제어 및 계측 시스템에 심각한 영향을 초래하게 된다.

즉, 제어 및 계측 신호 계통에서 발생한 접지를 검출하기 위한 장비는 제어 및 계측시스템이 직류 전원 및 신호계통으로 구성되어 있기 때문에 접지로 예상되는 신호선에 일종의 노이즈 성분인 교류 신호를 입력하여 접지로 누설되는 교류 신호를 검출하는 방법이나, 이는 안전이 고려되어야 하는 원자력 발전소 및 정밀제어가 요구되는 공장등에서는 그 활용방안에 대한 어려움이 수반되는 문제점이 있었다.

이를 보다 상세히 설명하면, 일반적으로 전류는 폐회로상에 존재한다. 즉, 전류는 루프(loop)가 형성되어야만 의미가 있으므로 형성된 루프상에 접지가 발생하였을 경우 그 루프를 통한 잡음의 유입은 시스템에 심각한 영향을 초래할 수 있다. 특히 제어 및 계측 시스템의 접지 방식이 일반적인 접지방식이 아니라, 접지선에 흐르는 잡음전류가 루프에 유입되는 경로를 차단하기 위해 부동전원(floating) 접지 방식으로 되어 있다. 때문에 원자력 발전소나 정밀제어를 요구하는 공장등에서는 제어 및 계측 계통에서 발생된 접지는 그 만큼 중요한 의미를 갖게 된다.

그리고 상기 접지 검출방식은 제어 및 계측 신호 계통이 직류 계통으로 형성되어 있는 관계로, 직류 계통에서 잡음 신호로 간주되는 교류 신호를 입력하여 검출한다. 왜냐하면, 직류 계통에서 신호 입력단은 저역통과(low-Pass) 필터가 장착되어 있기 때문에 문제가 되지 않는 다는 점을 이용한 것이다. 즉, 저역통과 필터가 직류인 저주파는 통과시키나 교류인 고주파는 통과시키지 못하게 된다.

따라서 상기 저역통과 필터를 구성하는 저항이나 콘덴서 같은 소자들이 소손되었을 경우 교류 신호는 입력신호의 오류에 상당한 영향을 초래하게 되는 문제점이 발생되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 제어 및 계측 시스템의 유지 보수시 사고발생을 미연에 예방할 수 있도록 함을 제1목적으로 한 것이고, 제2목적은 사고발생 원인을 미연에 추측 예방할 수 있도록 한 것이며, 제3목적은 클램프 타입의 탐침(probe) 사용으로 장비를 손쉽게 취급할 수 있도록 한 것이고, 제4목적은 실시간 감시 및 접지 발생시 알람을 제공하게 되며, 제5목적은 신호분석용 데이터 로깅(logging) 및 로깅 데이터 분석으로 효과적인 정비를 수행할 수 있도록 한 것이고, 제6목적은 누설전류 발생시 신속한위치를 파악할 수 있도록 한 것이며, 제7목적은 이로 인해 제품의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있도록 한 직류신호선용 차전류 접지검출 장치 및 그 방법을 제공한다.

이러한 목적 달성을 위하여 본 발명은 제어 및 계측 신호 계통에서 발생한 접지(earth)를 수작업에 의해 검출하는 시스템에 있어서, 클램프 형태의 무접촉식 감지기로, 라인(Line) A,B에 장착되어 미소 직류전류 계측기 라인의 전류를 측정하는 직/교류(AC/DC) 감지기; 상기 직/교류 감지기에서 출력된 전압을 받아서 디지털변환부에 의해 디지털 값으로 변환하는 AD 컨버터; 상기 디지털전압을 디지털전류로 변환하는 전류변환부와, 라인 A,B에 흐르는 전류를 이용하여 접지저항(Rg) 계산에 필요한 차전류(ΔI)를 계산하는 차전류절대값계산부와, 라인접압을 선택해 주는 라인전압선택부와, 차전류를 접지저항값으로 계산하는 접지저항계산부와, 선로의 접지저항이 특정한값 이하가 될 때 경보를 발생시키는 경보값설정부와, 설정값과 접지 저항을 비교하는 비교부와, 설정값과 접지 저항값을 비교하여 경보발생 조건이 되면 스피커를 통해 음향이 발생되는 경보발생부로 이루어지는 중앙처리장치(CPU); 상기 측정된 전류, 차전류, 차전류 및 전압을 이용하여 계산된 접지 저항을 트렌드 및 숫자의 형태로 표시하는 모니터;가 포함되는 직류신호선용 차전류를 접지 검출하는 검출기로 구비됨을 특징으로 하는 직류신호선용 차전류 검출방식의 접지 검출장치를 제공한다.

이하에서는 이러한 목적 달성을 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 적용된 직류신호선용 차전류 접지검출기를 나타낸 사시

도.

도 2 는 본 발명에 적용된 직류신호선용 차전류 접지검출기의 구성 블럭도.

도 3 은 본 발명에 적용된 직류신호선용 차전류 접지검출기의 전원 및 부하

연결도.

도 4 는 본 발명에 적용된 직류신호선용 차전류 접지검출 방법을 나타낸 흐

름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 검출기 2: 직류/교류 감지기

3: AD 컨버터 3a: 디지털변환부

4: 중앙처리장치(CPU) 4a: 전류변환부

4b: 차전류절대값계산부 4c: 라인전압선택부

4d: 접지저항계산부 4e: 경보값설정부

4f: 비교단계부 4g: 경보발생부

5: 모니터

본 발명에 적용된 직류신호선용 차전류 검출방식의 접지 검출장치는 도 1 내지 도 4 에 도시된 바와 같이 구성되는 것이다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

먼저, 본 발명은 클램프 형태의 무접촉식 감지기로, 라인(Line) A(Ia),B(Ib)에 장착되어 미소 직류전류 계측기 라인의 전류를 측정하는 직/교류(AC/DC) 감지기(2)가 구비된다.

또한 본 발명은 상기 직/교류 감지기(2)에서 출력된 전압을 받아서 디지털변환부(3a)에 의해 12bit의 디지털 값으로 변환하는 AD 컨버터(3)가 구비된다.

본 발명은 또한 상기 디지털화된 전압을 디지털화된 전류로 변환하는 전류변환부(4a)와, 라인 A,B에 흐르는 전류를 이용하여 접지저항(Rg) 계산에 필요한 차전류(ΔI)를 계산하는 차전류절대값계산부(4b)와, 누설전류가 동일한 경우라도 라인전압에 따라 접지저항(Rg)은 달라지므로 라인전압을 선택해 주는 라인전압선택부(4c)와, 차전류를 이용하여 절연이 불량한 라인의 접지 저항을 계산하는 접지저항계산부(4d)와, 선로의 접지저항이 특정한값 이하가 될 때 경보를 발생시키는 경보값설정부(4e)와, 경보값 설정 단계에서 설정된 접지저항 설정치와 계산에 의한 접지 저항값을 서로 비교하여 설정값보다 계산에 의한 저항값이 작을 경우에 경보를 발생시키기 위해서 두 값을 비교하는 비교부(4f)와, 설정값과 접지 저항값을 비교하여 경보발생 조건이 되면 스피커를 통해 음향이 발생되는 경보발생부(4g)로 이루어지는 중앙처리장치(CPU)(4)가 구비된다.

또한 본 발명은 상기 측정된 전류, 차전류, 차전류 및 전압을 이용하여 계산된 접지 저항을 트렌드 및 숫자의 형태로 표시하는 모니터(5);가 포함되는 직류신호선용 차전류를 접지 검출하는 검출기(1)로 구비되어 구성된다.

한편 본 발명은 상기의 구성부를 적용함에 있어 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다.

그리고 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명 직류신호선용 차전류 접지검출 방법의 작용을 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명의 특징은 제어 및 계측 시스템의 임의 라인 A(Ia),B(Ib)에 접지가 발생했을 경우 전기적인 신호 입력 및 전기적인 접촉 없이 누설 전류를 검출하여 접지 발생 라인을 탐지하고 그 접지 저항을 검출할 수 있도록 함과 아울러 제어 및 계측 시스템의 신호선 케이블의 단선, 오결선 등의 이상 유무를 비접촉식으로 감지하여 그 결과를 지속적으로 기록할 수 있으며 이상 발생시 경보를 제공할 수 있도록 한 것이다.

이를 보다 상세히 설명하면, 도 3, 4 에 도시된 바와 같이 라인 A(Ia),B(Ib)에 클램프 형태의 무접촉식 직/교류(AC/DC) 감지기(2)가 장착되면 홀 효과(Hall Effect)에 의하여 라인에 흐르는 미소 직류전류를 감지하여 mA당 10mV의 출력을 발생시키는 감지단계(S100)(S100a)를 거치게 되는 것으로, 이러한 형태의 전류 검출은 외란에 약한 미소 직류전류 계측기 라인의 전류를 측정하게 된다.

이후 접지 검출기(1)는 프로그램이 내장된 마이크로 프로세서에 의해서 계산이 이루어지므로 무접촉식 감지기에서 출력된 전압을 AD 컨버터(3)가 받아서 그것을 12bit의 디지털 값으로 변환하는 디지털변환단계(S101)(S101a)를 거치게 된다.

이어서 본 발명은 중앙처리장치(3)에 의해 디지털화된 전압을 디지털화된 전류로 변환하는 전류변환단계(S102)(S102a)를 거치게 되는 것으로, 출력대상인 접지는 근본적으로 누설전류를 계산하여 접지저항(Rg)을 계산하므로 디지털화된 전압을 디지털화된 전류로 변환하게 된다.

상기한 단계 이후에는 측정된 전류를 모니터(5)를 통해 트렌드 및 숫자 형태로 표시해주는 제1표시 및 저장단계(S103)(S103a)를 거치게 되는 것으로, 여기에 표시되는 전류값은 도면의 Ia 및 Ib이다.

이후 본 발명은 라인 A,B에 흐르는 전류를 이용하여 접지저항(Rg) 계산에 필요한 차전류(ΔI)를 계산하는 차전류 절대값 계산단계(S104)를 거치게 되는 것으로, 이 차전류는 절연 불량으로 생긴 접지저항(Rg)을 통해 누설되는 전류이다. 그리고 도 3 에서와 같이 누설전류는 전원공급기의 +단자에서 흘러나온 전류(Ia)가 직류 부하를 거쳐서 일부는 절연이 불량한 지점(Rg)으로 흘러가는 누설전류(Ig)가 되고, 나머지는 -단자로 되돌아가는 전류(Ib)가 된다. 따라서, 누설전류를 계산하는 식은 다음과 같다.

즉 Ig = ｜Ia - Ib｜가 된다.

상기한 단계 이후 본 발명은 차전류, 즉 누설전류값을 모니터(5)를 통해 트렌드 및 숫자 형태로 표시해주는 제2표시 및 저장단계(S105)를 거치게 된다.

또한 본 발명은 누설전류가 동일한 경우라도 라인 전압에 따라 접지저항(Rg)은 달라지므로 라인 전압을 선택해 주는 라인전압 선택단계(S106)를 거치게 되며, 이때 본 발명에 적용된 접지 검출기(1)는 24V 및 48V 라인에서 사용할 수 있도록 설계되어 있음을 특징으로 한다.

이후 본 발명은 차전류를 이용하여 절연이 불량한 라인의 접지 저항을 계산하는 접지저항값 계산단계(S107)(S107a)를 거치게 되는 것으로, 접지 저항을 계산하는데 필요한 인자는 차전류, 즉 누설전류와 선로전압이다. 여기서 선로전압은 +단자와 -단자의 전압을 그대로 사용하면 안된다. 왜냐하면, 본 전원은 플로팅 전원이므로 +단자 또는 -단자와 대지간에는 선간전압(+단자와 -단자의 전압)의 1/2이 되기 때문이다. 따라서, 라인 전압을 24V로 선택했을 경우, 접지저항 계산에는 12V로 가정하고, 48V로 선택했을 경우에는 24V로 가정하여 계산하며 계산식은 다음과 같다.

즉 Ig = 전압 ÷누설 전류(Ω)가 된다.

본 발명은 이어서 차전류 및 전압을 이용하여 계산된 접지 저항 값을 트렌드 및 숫자의 형태로 표시해주는 제3표시 및 저장단계(S108)(S108a)를 거치게 된다.

또한 본 발명은 경보값 설정 단계에서 설정된 접지저항 설정치와 계산에 의한 접지 저항값을 서로 비교하여 설정값보다 계산에 의한 저항값이 작을 경우에 경보를 발생시키기 위해서 두 값을 비교하는 비교단계(S109)를 거치게 된다.

그리고 이때 본 발명은 선로의 접지 저항이 특정한값 이하가 될 때 경보를 발생시키기 위하여 설정값을 지정해 주는 경보값 설정단계(S110)를 거치게 됨은 물론이다.

또한 상기 설정값과 접지 저항값을 비교하여 경보발생 조건이 되면 스피커를 통하여 음향이 발생되는 경보발생단계(S111)를 거치게 된다.

본 발명은 마지막으로 상기 라인의 절연 불량으로 판단되면 작업자가 선로를 점검하고 수리하는 점검 및 수리단계(S112)를 거치게 되는 것이다.

상기에서 상세히 살펴본 바와 같이 본 발명은 제어 및 계측 시스템의 유지 보수시 사고발생을 미연에 예방할 수 있도록 한 것이고, 사고발생 원인을 미연에 추측 예방할 수 있도록 한 것이며, 클램프 타입의 탐침(probe) 사용으로 장비를 손쉽게 취급할 수 있도록 한 것이고, 실시간 감시 및 접지 발생시 알람을 제공하게 되며, 신호분석용 데이터 로깅(logging) 및 로깅 데이터 분석으로 효과적인 정비를 수행할 수 있도록 한 것이고, 누설전류 발생시 신속한 위치를 파악할 수 있도록 한 것이며, 이로 인해 제품의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있도록 한 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims

제어 및 계측 신호 계통에서 발생한 접지(earth)를 수작업에 의해 검출하는 시스템에 있어서,

클램프 형태의 무접촉식 감지기로, 라인(Line) A,B에 장착되어 미소 직류전류 계측기 라인의 전류를 측정하는 직/교류(AC/DC) 감지기(2);

상기 직/교류 감지기에서 출력된 전압을 받아서 디지털변환부에 의해 디지털 값으로 변환하는 AD 컨버터(3);

상기 디지털전압을 디지털전류로 변환하는 전류변환부(4a)와, 라인 A,B에 흐르는 전류를 이용하여 접지저항(Rg) 계산에 필요한 차전류(ΔI)를 계산하는 차전류절대값계산부(4b)와, 라인접압을 선택해 주는 라인전압선택부(4c)와, 차전류를 접지저항값으로 계산하는 접지저항계산부(4d)와, 선로의 접지저항이 특정한값 이하가 될 때 경보를 발생시키는 경보값설정부(4e)와, 설정값과 접지 저항을 비교하는 비교부(4f)와, 설정값과 접지 저항값을 비교하여 경보발생 조건이 되면 스피커를 통해 음향이 발생되는 경보발생부(4g)로 이루어지는 중앙처리장치(CPU)(4);

상기 측정된 전류, 차전류, 차전류 및 전압을 이용하여 계산된 접지 저항을 트렌드 및 숫자의 형태로 표시하는 모니터(5);가 포함되는 직류신호선용 차전류를 접지 검출하는 검출기(1)로 구비됨을 특징으로 하는 직류신호선용 차전류 접지검출 장치.
제어 및 신호 계통에서 발생한 접지(earth)를 수작업에 의해 검출하는 방법에 있어서,

라인 A,B에 직/교류(AC/DC) 감지기(2)가 장착되어 미소 직류전류를 감지하여 측정하는 감지단계;

무접촉식 감지기에서 출력된 전압을 AD 컨버터(3)가 받아서 그것을 디지털 값으로 변환하는 디지털변환단계;

중앙처리장치(3)에 의해 디지털화된 전압을 디지털화된 전류로 변환하는 전류변환단계;

측정된 전류를 모니터(5)를 통해 트렌드 및 숫자 형태로 표시해주는 제1표시 및 저장단계;

라인 A,B에 흐르는 전류를 이용하여 접지저항(Rg) 계산에 필요한 차전류(ΔI)를 계산하는 차전류 절대값 계산단계;

누설전류 값을 모니터(5)를 통해 트렌드 및 숫자 형태로 표시해주는 제2표시 및 저장단계;

누설전류가 동일한 경우라도 라인 전압에 따라 접지저항(Rg)은 달라지므로 라인 전압을 선택해 주는 라인전압 선택단계;

차전류를 이용하여 절연이 불량한 라인의 접지 저항을 계산하는 접지저항값 계산단계;

차전류 및 전압을 이용하여 계산된 접지 저항 값을 트렌드 및 숫자의 형태로 표시해주는 제3표시 및 저장단계;

경보값 설정 단계에서 설정된 접지저항 설정치와 계산에 의한 접지 저항값을 서로 비교하여 설정값보다 계산에 의한 저항값이 작을 경우에 경보를 발생시키기 위해서 두 값을 비교하는 비교단계;

라인의 절연 불량으로 판단되면 작업자가 선로를 점검하고 수리하는 점검 및 수리단계;가 포함됨을 특징으로 하는 직류신호선용 차전류 접지검출 방법.
청구항 2 에 있어서,

상기 비교단계에는,

선로의 접지 저항이 특정한값 이하가 될 때 경보를 발생시키기 위하여 설정값을 지정해 주는 경보값 설정단계; 및

설정값과 접지 저항값을 비교하여 경보발생 조건이 되면 스피커를 통하여 음향이 발생되는 경보발생단계;가 더 포함됨을 특징으로 하는 직류신호선용 차전류 접지검출 방법.