KR200431405Y1 - 저압 전로의 활선 절연감시장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 무정전 활선 상태에서 저압 전로의 절연상태를 전선로 및 부하입력단에 상존하는 정전용량의 크기에 관계없이 누전에 직접 관계되는 저항성분을 검출 및 감시하는 장치에 있어,

절연감시장치 COST를 보다 저렴하게 하고, 절연감시를 하려는 현장에서 절연측정 및 설치가 용이하도록 변압기의 저압측의 2종접지선에 별도로 설치한 저주파중첩장치에 의해 두가지 성분의 저주파(f1,f2)를 교대로 상용교류주파수의 교류전로에 중첩시켜, f1저주파신호전압을 중첩시킬때 이 저주파신호전압에 의해 전로와 부하의 대지로 흐르는 저주파성분의 누설전류(ifa1)와, f2저주파신호전압을 중첩시킬때 이 저주파신호전압에 의해 전로와 부하의 대지로 흐르는 저주파성분의 누설전류(ifa2)를 각각 검출한후, 이 ifa1누설전류와 ifa2누설전류의 두가지 성분의 누설전류로 부터 연산과정을 거쳐 절연상태(누전)와 관계없는 정전용량성분을 제거하고 순수한 저항성분만을 산출하여 절연상태(누전)와 직접관계되는 절연저항치 또는 유효누설전류치를 표시하고 감시하는 저압전로의 활선 절연감시장치에 관한 것이다.

절연감시, 활선, 누전, 누설전류

Description

저압 전로의 활선 절연감시장치{Low Voltage On-Line Insulation Monitoring System}

도 1은 종래의 활선상태에서의 절연저항 측정장치 설명도

도 2는 종래의 본 출원인이 고안한 활선상태에서의 절연저항측정장치 설명도

도 3은 종래의 본 출원인이 고안한 활선상태에서의 절연감시장치의 내부상세설명도

도 4는 본 고안의 활선상태에서의 절연감시장치 개념설명도

도 5은 본 고안의 활선 상태에서의 절연감시장치의 실시 예1의 내부 상세 설명도

도 6은 본 고안의 활선 상태에서의 절연감시장치의 실시 예2의 내부 상세설명도

도 7은 본 고안의 활선 상태에서의 절연감시장치의 실시 예3의 내부 상세 설명도

도 8은 본 고안의 활선 상태에서의 절연감시장치의 실시 예4의 내부 상세설명도

도 9는 본 고안의 누설전류측정부의 또다른 실시예1

도 10은 본 고안의 누설전류측정부의 또다른 실시예2

도 11은 본 고안의 누설전류측정부의 또다른 실시예3

도 12는 본 고안에 사용되는 저주파중첩장치의 동작설명도

도 13은 본 고안에 사용되는 제어장치에 사용되는 주요 흐름

도 14는 본 고안의 활선상태에서의 다른 실시예의 절연감시장치 개념설명도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 고압/저압 변환용 변압기 2: 2종 접지선

3: 개폐기 4: 전로(선로)

5: 부하설비 6: 2종접지

7: 중첩변성기 8: 저주파중첩장치

9: 영상변류기(ZCT) 10:절연감시장치

11: 영상변류기(ZCT) 12: 3종접지

13: 저주파중첩장치 14: 절연감시장치

15: 기준전압입력선 20: 누설전류측정부

21: 전류/전압변환부 22: 증폭기

23a: 밴드패스필터(f1용) 23b: 밴드패스필터(f2용)

24a: 증폭기(f1용) 24b: 증폭기(f2용)

25a: 아날로그/디지털변환부(f1용) 25b: 아날로그/디지털변환부(f2용)

30:제어장치

31:CPU 32:ROM

*33:RAM 34:I/O(입출력장치)

35:표시부 36:전압,주파수 설정부

37: Key입력부 38: 경보출력부

39: 통신부 40: 저주파중첩장치

50: 절연감시장치 60: 누설전류측정부

61: 전류/전압변환부 62: 증폭기

63: 필터(FILTER) 64: 증폭기

65: 아날로그/디지털변환부 66: 주파수검출기

70:제어장치

71:CPU(연산제어장치) 72:ROM

73:RAM 74:I/O(입출력장치)

75:표시부 76: DATA 설정부

77: Key입력부 78: 경보출력부

79: 통신부

본 고안은 저압 전로의 절연상태를 정전시키지 않고 활선 상태에서 절연상태를 전선로 및 부하입력단에 상존하는 정전용량의 크기에 관계없이 누전에 직접 관 계되는 저항성분을 검출 및 감시하는 활선 절연감시장치에 있어,

절연감시장치 COST를 보다 저렴하게 하고,절연감시를 하려는 현장에서 절연측정 및 설치가 용이하도록 변압기의 저압측의 2종접지선에 별도로 설치한 저주파중첩장치에 의해 두가지 성분의 저주파(f1,f2)를 교대로 상용주파수의 교류전로에 중첩시켜, 상기의 f1 Hz의 저주파신호전압을 중첩시켰을 때 이 저주파신호전압에 의해 전로와 부하의 대지로 흐르는 누설전류(ifa1)와, 상기의 f2 Hz의 저주파신호전압을 중첩시켰을 때 이 저주파신호전압에 의해 전로와 부하의 대지로 흐르는 누설전류(ifa2)를 각각 검출한후, 상기에서 검출된 ifa1누설전류와 ifa2누설전류의 두가지 성분의 누설전류로 부터 연산과정을 거쳐 절연상태(누전)와 관계없는 정전용량성분을 제거하고 순수한 저항성분만을 산출하여 절연상태(누전)와 직접관계되는 절연저항치 또는 유효누설전류치를 표시하고 감시하는 저압전로의 활선 절연감시장치에 관한 것이다.

종래에는 저압전로의 절연상태를 파악 감시하기 위해서는 고압/저압 변압기에 연결된 개폐기을 차단 오프시켜 즉 정전시켜 절연저항계로 전로와 대지접지간의 절연저항을 측정하는 절연저항계법과, 고압/저압 변압기에 연결된 개폐기을 차단 오프시키지 않고 즉 활선상태에서 변압기의 저압측의 중성점 또는 일단접지된 2종 접지선에 흐르는 누설전류를 영상변류기로 검출하여 누전 및 절연열화 여부를 파악하는 누설전류계법이 있다. 이 방법들에 있어 절연저항계법은 전로의 절연상태를 측정할 때는 반드시 정전시켜야 하기 때문에 연속적으로 전기를 사용하는 장소에서는 전력공급을 중단해야 하는 문제점이 발생하고, 누설전류계법은 절연저항계법과 달리 정전시키지 않고 활선상태에서 클램프메터(누설전류계)이나 누전경보기와 같이 2종 접지선에 흐르는 누설전류를 측정하여 절연상태를 감시하는 방법은 전로와 대지간에 존재하는 절연저항에 의한 누설전류와 선로가 긴 경우에 발생하는 정전용량과 부하설비의 입력단에 삽입되어 있는 노이즈필터 등의 정전용량에 의한 누설전류의 벡터합으로 검출되기 때문에 절연저하(누전)가 발생하지 않고 절연저항이 매우 양호하여도 정전용량이 매우 크면 정전용량 성분에 의한 누설전류도 커지므로 절연상태가 불량한, 즉 누전 또는 미지락이 발생한 것으로 측정 검출되어 지는 문제점이 있어 왔다.

이러한 문제 때문에 외국에서는 활선상태에서 절연상태에 기인하는 절연저항성분에 해당하는 누설전류를 측정하기 위해 사용되는 도1과 같은 저주파중첩방식을 적용하고 있는 곳이 많다. 영상변류기(9 또는 11)로 제2종접지선(2)로 흐르는 저주파중첩장치(13)에 중첩하는 저주파수와 같은 누설전류를 검출하고, 이 저주파누설전류에서 정전용량성분에 해당하는 무효성분전류를 제거하고 절연저항에 해당하는 유효성분전류를 검출하기 위해 저주파중첩장치(13)의 주파수와 동기시키기 위해 별도의 동기신호입력선(15)로 저주파중첩장치(13)와 상호 연결시키거나 저주파중첩신호의 출력인 중첩변성기(7)의 2차측에 해당하는 2종 접지선(2)의 a점에 해당하는 저주파전압신호를 절연감시 장치(14)으로 연결시켜야 한다. 이 저주파신호와 동기시키기 위해 사용하는 연결선은 장거리 전선로에서는 실제 연결시키기가 어려운 장소가 많아 실제 현장에서 적용에 불편한 문제가 있어 왔다. 그래서 이러한 문제점을 해결하기 위해 도2와 도3과 같은 회로구성으로 이루어진 본 출원인에 의해 출원 된 실용신안 20-2005-0024602호에서는 f1 Hz와 f2 Hz의 두가지 종류의 저주파수성분의 누설전류로 부터 절연저항을 다음 계산식을 사용하여 절연저항R을 계산하는 방법을 사용하는 장치로 구성하였었다.

이 장치에 대해 도2와 도3을 사용하여 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

고압/저압변압기(1)의 중성점 또는 일단접지점과 2종접지(6)간에 연결된 2종접지선(2)의 중간에 중첩변성기(7)과 f1 Hz와 f2 Hz의 두가지 종류의 저주파신호전압을 동시에 발생시키는 저주파중첩장치(8)에 의해 저압전로(4)의 상용주파수(50Hz 또는 60Hz)의 교류저압전로에 중첩인가하여 상기의 동시에 중첩인가된 두가지 종류의 저주파신호전압에 의해 저압전로(4)와 대지접지(12)간에 흐르는 누설전류를 절연감시장치(10)에 연결된 영상변류기(9또는 11)에 의해 검출하여, 상기에서 영상변류기(9또는 11)에 의해 검출된 누설전류를 전류/전압변환부(21)에 의해 전압값으로 변환하고 상기의 전압변환부(21)에서 변환된 전압값을 증폭기(22)에서 증폭한 후, f1용 밴드패스필터(23a),f1용 증폭기(24a)및 f1용 아날로그/디지털변환부(25a)를 통해 f1 Hz저주파성분의 누설전류에 해당하는 if1a값과, f2용 밴드패스필터(23b),f2용 증폭기(24b)및 f2용 아날로그/디지털변환부(25b)를 통해 f2 Hz저주파성분의 누설전류에 해당하는 if2a값을 각각 취출하여 제어부(30)에서 상기 식1에 의해 누전에 해당하는 즉 정전용량에 의한 무효성분의 누설전류분을 제거한 순수한 유효성분의 절연저항R을 계산하는 방법을 사용하고 있다.

하지만 이 장치는 저주파중첩장치(8)에서 f1 Hz와 f2 Hz의 두가지 종류의 저주파신호전압을 동시에 중첩하기 때문에 f1 Hz과 f2 Hz 두가지의 저주파성분을 각각 취출하기 위해 두개의 밴드패스필터(23a,23b)와 두개의 증폭기(24a,24b)와 두개의 아날로그/디지털변환부(25a,25b)를 사용하여야 하므로 회로가 복잡하고, 또한 f1 Hz와 f2 Hz의 두가지 저주파수의 크기의 차이가 작을 때에는 밴드패스필터를 고정도로 설계제작해야하므로 회로가 더욱 복잡해지고 장치COST가 상승하는 문제점이 있어왔다.

따라서, 기준전압 입력선(15)을 절연감시장치로 연결하지 않거나, 저주파동기선(15)을 연결하지 않고 실제 현장에서 광범위하게 적용이 쉽고, 회로가 간단하고 경제적으로 정확하게 순수한 절연저항에 해당하는 절연저항성분만을 검출 감시할 수 있는 절연감시장치가 요구되어 왔다.

본 고안은 상기와 같은 요구사항의 만족을 위해 안출된 것으로,동기신호연결선 또는 기준전압입력선(15)을 사용하지 않고 또한 회로가 복잡하지 않아 경제적이고 정전용량성분에 의한 누설전류를 배제하고 순수한 절연저항성분에 의한 누설전류 또는 절연저항치를 검출하기 위해, 변압기(1)의 저압측 2종접지선에 별도로 설치한 저주파중첩장치(40)및 중첩변성기(7) 또는 중첩용저항(7a)에 의한 두가지 종 류의 저주파(f1및 f2 Hz)신호전압을 교대로 각각 저압전로(4)에 중첩인가하여 이 두가지 종류의 저주파에 의해 대지로 흐르는 f1 Hz의 저주파성분의 누설전류(if1)와 f2 Hz의 저주파성분의 누설전류(if2), 그리고 상용교류가 활선이기때문에 상존하는 활선상용교류주파수(60Hz또는 50Hz)의 교류전압때문에 대지로 흐르는 누설전류(if0)를 영상변류기(9또는 11)에서 검출한 후, 즉 f1 Hz저주파중첩시에 저압전로(4)와 대지간에 흐르는 저주파성분의 누설전류와 교류상용주파성분의 누설전류(if0+if1), f2 Hz저주파중첩시에 저압전로(4)와 대지간에 흐르는 저주파성분의 누설전류와 교류상용주파성분의 누설전류(if0+if2)로 부터, f1 Hz저주파성분의 if1누설전류와 f2 Hz 저주파성분의 if2누설전류에 해당하는 값을 두가지의 종류의 증폭기, 필터,아날로그/디지털변환부를 사용하지 않고 한가지 종류의 증폭기,필터,아날로그/디지털변환부와 추가로 고안한 주파수검출기를 사용하여 중첩인가된 저주파성분을 검출하고 상기의 주파수검출기에서 검출된 저주파수 성분의 누설전류성분을 취출하고 이 취출된 저주파성분의 누설전류로 부터 연산과정을 통해 정전용량성분을 제거하여 순수한 저항성분만을 산출하고 현장적용이 광범위하게 적용가능하고 절연감시장치 COST가 경제적이고 정확하게 절연저항치 또는 저항성분에 해당하는 유효누설전류치를 검출 감시할 수 있는 활선 절연감시장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 고안의 목적을 달성하기 위한 본 고안의 저압전로의 절연감시장치는

저압측 변압기의 중성점 또는 일단접지에 연결된 접지선을 통해 저압전로의 절연상태를 감시하기 위해 저압전로에 상용교류주파수와 다른 저주파의 신호전압을 중첩시켜 저주파신호에 의해 저압전로와 대지간에 흐르는 전류를 영상변류기로 검출하고, 검출된 누설전류로 부터 상과 대지간의 순수하게 절연저하(누전)에 직접관계되는 저항성분의 누설전류 또는 절연저항성분을 검출 및 감시하는 절연감시장치에 있어서,

저압전로와 대지간의 순수하게 절연저하(누전)에 직접관계되는 저항성분의 유효누설전류 또는 절연저항성분을 검출 및 감시하기 위해 두가지 종류의 저주파신호전압(f1 Hz, f2 Hz)을 동시에 중첩하지 않고 각각 개별로 저압전로에 중첩할 수 있는 기능을 가진 저주파중첩장치와; 상기의 저주파중첩장치에 의해 저압전로에 중첩된 저주파신호전압에 의해 저압전로와 대지간에 흐르는 누설전류를 검출하기 위한 영상변류기와; 상기의 영상변류기에 의해 검출된 누설전류를 전압신호로 변환시키기 위한 전류/전압변환부와; 상기의 전류/전압변환부에 의해 변환된 누설전류에 해당하는 미소전류치 또는 전압치를 증폭하기 위한 증폭기와; 상기의 증폭기에 의해 증폭된 누설전류신호에서 상용교류주파수의 성분을 제거하기 위한 필터와; 상기의 필터에서 취출된 누설전류성분으로 부터 상기의 저주파중첩장치에 의해 저압전로에 중첩되어지는 저주파신호의 주파수가 f1 Hz인가 f2 Hz인가를 판단하기 위한 주파수검출기와; 상기의 증폭기 또는 필터에서 출력되어 지는 아날로그신호를 디지털신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털변환부와; 상기의 아날로그/디지털변환부 및 주파수검출기의 데이터 및 각종 데이터를 읽고 연산제어하기 위한 제어장치;를 포함 하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 고안의 목적을 달성하기 위한 본 고안의 저압전로의 절연감시장치는

저압측 변압기의 중성점 또는 일단접지에 연결된 접지선을 통해 저압전로의 절연상태를 감시하기 위해 저압전로에 상용교류주파수와 다른 저주파의 신호전압을 중첩시켜 저주파신호에 의해 저압전로와 대지간에 흐르는 전류를 영상변류기로 검출하고, 검출된 누설전류로 부터 상과 대지간의 순수하게 절연저하(누전)에 직접관계되는 저항성분의 누설전류 또는 절연저항성분을 검출 및 감시하는 절연감시장치에 있어서,

저압전로와 대지간의 순수하게 절연저하(누전)에 직접관계되는 저항성분의 유효누설전류 또는 절연저항성분을 검출 및 감시하기 위해 두가지 종류의 저주파신호전압(f1 Hz, f2 Hz)을 동시에 중첩하지 않고 각각 개별로 저압전로에 중첩할 수 있는 기능을 가진 저주파중첩장치와; 상기의 저주파중첩장치에 의해 저압전로에 중첩된 저주파신호전압에 의해 저압전로와 대지간에 흐르는 누설전류를 검출하기 위한 영상변류기와; 상기의 영상변류기에 의해 검출된 누설전류를 전압신호로 변환시키기 위한 전류/전압변환부와; 상기의 전류/전압변환부에 의해 변환된 누설전류에 해당하는 미소전류치 또는 전압치를 증폭하기 위한 증폭기와; 상기의 증폭기에 의해 증폭된 누설전류신호에서 상용교류주파수의 성분을 제거하기 위한 필터와; 상기의 필터에서 취출된 누설전류성분으로 부터 상기의 저주파중첩장치에 의해 저압전로에 중첩되어지는 저주파신호의 주파수가 f1 Hz인가 f2 Hz인가를 판단하기 위한 주파수검출기와; 상기의 증폭기 또는 필터에서 출력되어 지는 아날로그신호를 디지 털신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털변환부와; 상기의 아날로그/디지털변환부 및 주파수검출기의 데이터 및 각종 데이터를 읽고 연산제어하기 위한 제어장치;를 포함하여 구성되어, 다음과 같은 계산식에 의해 절연저항치 또는 유효누설전류치를 계산하는 것을 특징으로 한다.

(여기서 E0: 상용교류주파수의 상전압 , E1: f1저주파신호전압, f1:저주파파수(f1 Hz), f2:저주파수(f2 Hz) , E2:f2저주파신호전압, a: 누설전류측정부회로의 증폭율, ifa1: f1저파수성분에 해당하는 최종 누설전류치, ifa2: f2저주파수 성분에 해당하는 최종 누설전류치 임)

상용교류전압에 대한

또는 저주파신호전압에 대한

이하, 본 고안의 활선상태에서 저압전로의 절연감시장치를 도면을 참조하여 설명하 면 다음과 같다.

상기에서 설명한 바와 같이 도1은 현재 외국에서 많이 사용되고 있는 저압전로의 절연상태를 활선상태에서 감시하는 장치를 설명한 것이고, 도2와 도3은 본 출원인이 출원한 종래의 저압전로의 절연상태를 활선상태에서 감시하는 장치를 설명한 것이다.

도4는 본 고안의 활선상태에서의 절연감시장치의 개념을 설명한 것이고, 도5은 본 고안에 의한 절연감시장치(50)의 제1의 실시예이고, 도6은 본 고안에 의한 절연감시장치(50)의 제2의 실시예이고, 도7은 본 고안에 의한 절연감시장치(50)의 제3의 실시예이고, 도8은 본 고안에 의한 절연감시장치(50)의 제4의 실시예이다.

도9 ~ 도11은 본 고안의 절연감시장치(50) 내부의 누설전류측정부(60)의 다른 실시예로써, 증폭기의 증감 및 위치변경,주파수검출기(66)의 연결위치의 변경한 것이고, 도12는 본 고안의 저주파중첩장치(40)의 동작설명도이고, 도13은 본고안의 절연감시장치(50) 내부의 제어장치(70)에 사용되는 주요 흐름을 설명한 것이고, 도14는 본 고안의 활선상태에서의 절연감시장치의 개념을 설명하는 도4의 저주파신호중첩신호를 2종접지선(2)에 중첩시키는 방법을 중첩변성기(7)대신에 중첩용저항(7a)를 사용한 다른 실시예이다. 중첩용변성기(7)와 중첩용저항(7a)은 저압측 결선이 와이결선의 중성점을 접지하는 방식이나, 델타결선의 1상을 일단접지하는 방식의 두가지 접지방식 모두에 적요할 수 있다는 것을 설명하기 위해 도14에서는 델타결선의 일단접지방식에 대해 그림으로 나타낸 것이다.

본 고안의 제1의 실시예에 대해 좀 더 상세하게 설명한다. 도4에서 고압/저압 변환 용 변압기(1)에서 개폐기(3)이 close된 상태 즉 활선상태에서 저압전로(4) 및 부하(5)로 전기가 공급되고 있고 이 전로(4) 및 부하(5)의 상과 대지간에 존재하는 절연저항(본 고안에서는 병렬합성저항을 R으로 표시한다.)과 정전용량(본 고안에서는 병렬합성정전용량을 C으로 표시한다.)를 통해서 대지로 상용교류주파수50Hz 또는 60Hz(본 고안에서는 f0으로 표시한다.)의 상전압(E0)에 해당하는 누설전류 (if0)와,고압/저압 변환용 변압기(1)의 저압측의 중성점(또는 일단접지점)과 대지간에 연결된 2종 접지선(2)중간에 별도로 설치한 중첩변성기(7) 또는 중첩용저항(7a)와 저주파중첩장치(40)에서 도12의 실시예와 같이 설정된 값에 따라 t1과t3시간(f1과 f2 저주파신호를 쉽게 판별하기 위한 시간이지만 이 시간을 Zero로 할수도 있다.)으로 에는 저주파신호전압을 출력시키지 않고, t2시간동안은 f1 Hz의 저주파신호전압을 출력시키고 t4시간동안은 f2 Hz의 저주파신호전압을 출력시시키는 저주파중첩장치의 동작에 의해 2종접지선(2)에 중첩된 두가지 종류의 각각의 저주파(f1,f2)신호가 개폐기(3)을 통해 전로(4)와 부하(5)의 상과 대지간에 흐르는 f1 및 f2 Hz의 저주파 신호전압(E1,E2 여기서 E1은 f1 Hz저주파의 신호전압치, E2는 f2 Hz저주파의 신호전압치)에 해당하는 누설전류(if1, f1저주파신호중첩시의 누설전류) 및 누설전류(if2,f2저주파신호 중첩시의 누설전류)를 영상변류기ZCT(9 또는 11)에서 검출하고, 이 영상변류기(9 또는 11)에서 검출된 각각의 두가지 주파수성분에 해당하는 누설전류(if0+if1, if0+if2)를 절연감시장치(50)에서 증폭,필터링을 거쳐 상용교류주파수성분의 누설전류(if0)는 제거시키고, 주파수검출기(66)에 의해 판단된 저주파중첩장치에에서 중첩된 각각의 저주파신호(f1 및 f2)에 의한 두가지 저주파성분의 누설전류(ifa)만을 취출하고 이 취출된 누설전류(ifa)를 f1 Hz저주파중첩시에는 ifa1로 취환하고 f2 Hz저주파중첩시에는 ifa2로 취환하여, 도13과 같은 제어장치(70)의 주요흐름의 연산과정을 통해 정전용량(C)성분을 제거하여 누전에 해당하는 순수한 저항성분에 해당하는 절연상태 즉 절연저항 또는 유효누설전류를 감시한다.

절연감시장치(50)에서 절연상태와는 관계없는 즉 누전과는 관계없는 정전용량성분을 제거하여 누전에 관계되는 절연저항성분을 검출하는 방법에 대해 본 고안의 실시예 1에 해당하는 도5,도12 및 도13을 참조하여 상세하게 설명한다.

도13의 실시예와 같은 절연감시장치(50) 내부의 제어장치(70)의 ROM(72)에 저장된 주요 흐름에서 t1,t2,t3,t4,f1,f2,E1,E2와 같은 각종Data설정흐름(100)을 도5의 제어장치(70)내의 DATA설정부(76)에서 실행된 상태에서 주파수검출흐름(110)이 실행되게 되면 주파수검출기(66)에 입력되는 누설전류의 주파수을 검출하게 된다. 도12와 같은 실시예의 저주파중첩순서설정에 의해 저주파(f1,f2)신호전압이 저압전로(4)를 통해 중첩되면 영상변류기(9또는 11)에서 검출되어 전압/전류변환부 (61)에서 누설전류를 전압값으로 변환하고, 이 변환된 누설전류에 해당하는 전압값을 증폭기(62)를 통해 증폭하고, 일정 저주파이하만 통과시키는 (또는 일정 주파수대역만 통과시키는 밴드패스필터)필터(63)을 통해 필터링시키고, 다음에 증폭기(64)를 통해 증폭된 저주파성분(f1 또는 f2)의 누설전류에 해당하는 값(ifa)의 주파수가 f1 Hz에 해당하는 지, f2 Hz에 해당하는 지를 판단 혹은 검출하기 위한 주파수검출기(66)를 통해 검출된 주파수가 f1 Hz에 해당하면 아날로그/디지털변환 부ADC(65)를 통해 읽어진 값(저주파성분에 해당하는 누설전류ifa)를 ifa1으로 치환하는 흐름(130)을 실행하고, 다음에 주파수검출기(66)을 통해 검출된 주파수가 f2 Hz에 해당하면 아날로그/디지털변환부ADC(65)를 통해 읽어진 값(저주파성분에 해당하는 누설전류ifa)를 ifa2으로 치환하는 흐름(150)을 실행하고, 주파수검출기(66)을 통해 검출된 주파수가 f1 Hz나 f2 Hz가 아닌 즉 도12와 같은 저주파중첩장치 (40)의 저주파중첩신호를 중첩시키지 않는 f1 및 f2 신호가 OFF상태인 시간(t1,t3)인 경우에는 저주파검출흐름(110)으로 되돌아가는 실행하게 되며, f1 Hz의 주파수를 검출되면 CPU(71)에서는 아날로그/디지털변환부ADC(65)를 통해 입력되는 f1 Hz저주파중첩시의 대지로 누설되는 누설전류에 해당하는 누설전류(ifa1)를 검출하고, f2 Hz의 주파수를 검출되면 CPU(71)에서는 아날로그/디지털변환부 ADC(65)를 통해 입력되는 f2 Hz저주파중첩시의 대지로 누설되는 누설전류에 해당하는 누설전류(ifa2) 양쪽을 모두 검출하게 되면 CPU(71)에서는 다음과 같은 계간과정을 통해 무효성분에 해당하는 정전용량성분을 제거하고 유효성분에 해당하는 절연저항성분만을 계산하는 계산흐름(160)을 실행하고 다음에 절연저항치(또는 누설전류치)를 표시 및 출력(경보출력,원격통신출력포함)하는 표시&출력흐름(170)을 실행하게 된다.

다음에 계산흐름(160)에 대해 상세하게 설명한다.

다음 계산과정에 사용되는 기호는 다음과 같다.

f0 : 상용교류전압주파수(60Hz 또는 50Hz)

f1 : 2종접지선(2)을 통해 전로(4)로 중첩되는 f1 Hz 저주파수

f2 : 2종접지선(2)을 통해 전로(4)로 중첩되는 f2 Hz 저주파수

if0 : 영상변류기(9 또는 11)에서 검출된 상용주파수(f0)에 해당하는 대지간 누설전류

if1 : 영상변류기(9 또는 11)에서 검출된 f1 Hz의 저주파수에 해당하는 대지간 누설전류

if2 : 영상변류기(9 또는 11)에서 검출된 f2 Hz의 저주파에 해당하는 대지간 누설전류

a : 누설전류측정부에 사용되는 전류/전압변환부(61),증폭기(62,64)의 합계 증폭율

E0 : 상용교류주파수(60Hz 또는 50Hz)의 상전압

E1 : 2종접지선(2)을 통해 전로(4)로 중첩되는 저주파(f1)신호전압

E2 : 2종접지선(2)을 통해 전로(4)로 중첩되는 저주파(f2)신호전압

R : 전로(4) 및 부하(5)의 상과 대지간의 병렬합성 절연저항

C : 전로(4) 및 부하(5)의 상과 대지간의 병렬합성 정전용량

절연감시장치(60)내에 있는 아날로그/디지털변환부(65)에서 출력되어 CPU(71)로 입력되는 f1 Hz저주파중첩시에 상용교류주파수 성분를 필터링하여 상용교류주파수보다 낮은 저주파성분의 누설전류값(ifa1)과, f2 Hz저주파중첩시에 상용교류주파수 성분를 필터링하여 상용교류주파수보다 낮은 저주파성분의 누설전류값(ifa2)다음과 같다.

무효성분(허수분)에 해당하는 C의 영향을 제거하기 위해 식(3)에

을 좌우항에 곱하면

식(4)에서 식(2)을 빼면

식(5)에서 절연저항 R을 구하면 다음과 같다.

식(6)에서 절연저항 R에 관계되는 함수를 보면 정전용량 C에는 전혀 관계없이 계산할 수 있음을 알 수 있으며, 또한 위에서 계산된 절연저항R값으로 상용교류주파수(60Hz 또는 50Hz)의 상전압에 대한 유효누설전류를

식을 사용하여 절연저항치를 저항성분에 의한 유효 누설전류값 또는 저주파수(f1, f2)의 신호전압에 대한 유효누설전류

으로 계산할 수 있다. 그리고 절연저항R이 계산되면 상기의 계산식에 절연저항R을 대입하면 정전용량C성분도 계산할 수 있을 것이다. 반대로 식(2)과 식(2)에 상수를 곱하여 절연저항R성분을 소거시키고 정전용량C성분을 구한 후, 다시 절연저항R을 계산하는 방법을 사용할 수 도 있을 것이다.

그리고, 또한 식(6)에서와 같이 저주파신호전압의 크기E1,E2를 같게 하면 다음 식과 같이 계산이 더욱 간단해 질 수 있다.

다음에 제2 실시예는 절연감시장치의 개념도인 도4와 절연감시장치의 내부 상세설명도인 도6와 저주파중첩장치의 동작설명도인 도12와 제어장치에 사용되는 주요흐름 설명도인 도13으로 구성된다. 제1 실시예와 다른점은 상기와 같은 절연저항치R 또는 유효누설전류치에 계산되는 E1,E2,f1,f2와 같은 계산에 필요한 함수의 상수 값을 제1 실시예에서는 설정스위치와 같은 전자부품으로 설정부(47)에서 설정하는 것에 비해 제2 실시에서는 key패드와 같은 전자부품으로 Key입력부(77)으로 설정하며 또한 복수개의 절연감시장치(50)을 사용하는 경우에 있어서의 장치Address번호 등 장치 운용동작에 필요한 값을 Key입력부(77)을 사용하여 입력시키며 임의 설정한 값 이하로 절연저항치 또는 임의 설정한 값 이상으로 유효누설전류치가 계산될 경우에 경보출력부(78)을 통해 외부로 경보알람을 출력시킬 수 있으며, 또한 원격에서 감시하고자 하는 경우는 통신부(79)을 통해 여러가지의 형태의 통신방식(RS-232,RS-485,CDMA,전력선통신)을 사용할 수 있는 기능을 구성할 수 있게 되며,이 통신부(79)의 기능을 없앤 실시 예도 추가적으로 구성할 수 있을 수 있다. 저주파누설전류치 검출,계산,저주파신호중첩방법등은 제1실시예와 동일하다.

다음에 제3 실시예는 절연감시장치의 개념도인 도4와 절연감시장치의 내부 상세설명도인 도7와 저주파중첩장치의 동작설명도인 도12와 제어장치에 사용되는 주요흐름 설명도인 도13으로 구성된다. 제1의 실시예와 다른 점은 저압전로(4)에 중첩되어 있는 저주파신호가 f1 Hz인가 f2 Hz인가를 판단 혹은 검출하기 위한 주파수검출기(66)의 연결위치가 제1실시예인 도4에서는 증폭기(64)와 아날로그/디지털변환부(65)의 사이에 연결되어 아날로그/디지털변환부(65)의 입력되는 누설전류에 해당하는 성분값으로 부터 저주파수를 검출하지만 제3의 실시예인 도7에서는 필터Filter(63)과 증폭기(64)의 사이에서 연결되어 증폭기(64)의 입력되는 누설전류에 해당하는 성분값으로 부터 저주파수를 검출하고 있고 나머지 사항은 제1 실시예와 동일하다.

다음에 제4 실시예는 절연감시장치의 개념도인 도4와 절연감시장치의 내부 상세설명도인 도8와 저주파중첩장치의 동작설명도인 도12와 제어장치에 사용되는 주요흐름 설명도인 도13으로 구성된다. 제2의 실시예와 다른점은 저압전로(4)에 중첩되어 있는 저주파신호가 f1 Hz인가 f2 Hz인가를 판단 혹은 검출하기위한 주파수검출기(66)의 연결위치가 제1실시예인 도5에서는 증폭기(64)와 아날로그/디지털변환부(65)의 사이에 연결되어 아날로그/디지털변환부(65)의 입력되는 누설전류에 해당하는 성분값으로 부터 저주파수를 검출하지만 제3의 실시예인 도8에서는 필터Filter(63)과 증폭기(64)의 사이에서 연결되어 증폭기(64)의 입력되는 누설전류에 해당하는 성분값으로 부터 저주파수를 검출하고 있고 나머지 사항은 제2 실시예와 동일하다.

그리고, 또한 도 9과 도 10과 도 11은 상기의 제1의 실시예~제4의 실시예에 사용되는 도 4~도8의 절연감시장치(50)내부의 누설전류측정부(60)의 다른 실시 예로써, 누설전류측정부(60)을 더욱 간단하게 설계 제작하기 위해 제1의 실시예와 제2의 실시예의 누설전류측정부(60)에서 증폭기(64)를 없앤 도9와 같은 또 다른 실시예와, 증폭기(62)를 없앤 도10와 같은 또 다른 실시예와, 상기의 제3의 실시예와 제4의 실시예의 누설전류측정부(60)에서 증폭기(62)를 없앤 도 11와 같은 또 다른 실시예로, 이 3가지의 또 다른 실시 예에서는 증폭기를 1개만으로 구성한 것이다.

그리고 상기의 전류/전압변환부(61)가 절연감시장치(50)의 내부구성으로 이루어져 있으나, 전류/전압변환부(61)의 기능을 가진 부분의 전체 또는 일부분을 절연감시장치(50)의 외부에 구성하는 실시예도 있을 수 있다.

이상 본 고안자에 의해서 이루어진 고안을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 이는 본 고안의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지,본 고안을 한정하는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러가지로 변경가능함은 물론이다.

본 고안은 상기에서 설명한 바와 같이 상용교류주파수의 활선상태에서 고압/저압변환용 변압기의 중성점 또는 일단접지점에 연결된 2종 접지선과 대지간에 연결된 중첩용변성기 또는 중첩용저항기 및 저주파중첩장치에 의한 두가지 종류의 저주파신호(f1,f2)를 상용교류주파수 전로에 시간차별로 중첩하여 2종 접지선 또는 전로의 중간에 영상변류기를 통해 f1 Hz저주파신호중첩시에 흐르는 누설전류(if0+if1)와, f2 Hz저주파신호중첩시에 흐르는 누설전류(if0+if2)를 검출하여 상용교류전압의 누설전류(if0)를 필터를 통해 제거시키고 저주파성분의 누설전류인 if1과 if2누설전류만 각각 취출하여 연산계산과정을 통해 절연저하(누전)에 관계없는 전로 및 부하의 상과 대지간에 있는 정전용량성분을 제거하고 절연저하(누전)에 직접 관계되는 절연저항성분 또는 유효누설전류치만을 산출하여 절연상태는 양호하지만 정전용량이 커서 누전형태로 검출 측정되는 문제점을 해소하고, 또한 활선상 태에서 저압전로의 절연상태를 감시하는 절연감시장치에 있어 기준전압입력선 또는 저주파신호 동기선을 절연감시장치로 연결하지 않고 현장에서 활선절연감시장치를 적용하는데 애로없이 어느 장소에서나 쉽게 활선상태에서 저압전로의 절연상태를 유효하게 감시 측정할 수 있고,두가지의 저주파신호를 검출하는 증폭기,필터,아날로그/디지털변환부등의 사용하지 않고,저주파중첩장치에서 시간차를 가지고 두가지의 저주파신호를 상용교류저압전로에 각각 중첩하도록 구성하면 한가지의 저주파신호를 검출하는 증폭기,필터,아날로그/디지털변환부를 사용하는 절연감시장치의 회로를 보다 경제적으로 간단하게 할 수 있는 효과가 있다. 또한 부가적으로 경보출력부 및 통신부를 추가하여 원격으로 제어할 수 있는 장치도 구성할 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 저압측 변압기의 중성점 또는 일단접지에 연결된 접지선을 통해 저압전로의 절연상태를 감시하기 위해 저압전로에 상용교류주파수와 다른 저주파의 신호전압을 중첩시켜 저주파신호에 의해 저압전로와 대지간에 흐르는 전류를 영상변류기로 검출하고, 검출된 누설전류로 부터 상과 대지간의 순수하게 절연저하(누전)에 직접관계되는 저항성분의 누설전류 또는 절연저항성분을 검출 및 감시하는 절연감시장치에 있어서,

   저압전로와 대지간의 순수하게 절연저하(누전)에 직접관계되는 저항성분의 유효누설전류 또는 절연저항성분을 검출 및 감시하기 위해 두가지 종류의 저주파신호전압(f1 Hz, f2 Hz)을 동시에 중첩하지 않고 각각 개별로 저압전로에 중첩할 수 있는 기능을 가진 저주파중첩장치와; 상기의 저주파중첩장치에 의해 저압전로에 중첩된 저주파신호전압에 의해 저압전로와 대지간에 흐르는 누설전류를 검출하기 위한 영상변류기와; 상기의 영상변류기에 의해 검출된 누설전류를 전압신호로 변환시키기 위한 전류/전압변환부와; 상기의 전류/전압변환부에 의해 변환된 누설전류에 해당하는 미소전류치 또는 전압치를 증폭하기 위한 증폭기와; 상기의 증폭기에 의해 증폭된 누설전류신호에서 상용교류주파수의 성분을 제거하기 위한 필터와; 상기의 필터에서 취출된 누설전류성분으로 부터 상기의 저주파중첩장치에 의해 저압전로에 중첩되어지는 저주파신호의 주파수가 f1 Hz인가 f2 Hz인가를 판단하기 위한 주파수검출기와; 상기의 증폭기 또는 필터에서 출력되어 지는 아날로그신호를 디지 털신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털변환부와; 상기의 아날로그/디지털변환부 및 주파수검출기의 데이터 및 각종 데이터를 읽고 연산제어하기 위한 제어장치;를 포함하여 구성되어, 다음과 같은 계산식에 의해 절연저항치 또는 유효누설전류치를 계산하는 것을 특징으로 하는 저압전로의 활선절연감시장치

   

   (여기서 E0: 상용교류주파수의 상전압 , E1: f1저주파신호전압, f1:저주파파수(f1 Hz), f2:저주파수(f2 Hz) , E2:f2저주파신호전압, a: 누설전류측정부회로의 증폭율, ifa1: f1저파수성분에 해당하는 최종 누설전류치, ifa2: f2저주파수 성분에 해당하는 최종 누설전류치 임)

   상용교류전압에 대한

   

   또는 저주파신호전압에 대한

   
2. 저압측 변압기의 중성점 또는 일단접지에 연결된 접지선을 통해 저압전로의 절연상태를 감시하기 위해 저압전로에 상용교류주파수와 다른 저주파의 신호전압을 중첩시켜 저주파신호에 의해 저압전로와 대지간에 흐르는 전류를 영상변류기로 검출하고, 검출된 누설전류로 부터 상과 대지간의 순수하게 절연저하(누전)에 직접관계되는 저항성분의 누설전류 또는 절연저항성분을 검출 및 감시하는 절연감시장치에 있어서,

   저압전로와 대지간의 순수하게 절연저하(누전)에 직접관계되는 저항성분의 유효누설전류 또는 절연저항성분을 검출 및 감시하기 위해 두가지 종류의 저주파신호전압(f1 Hz, f2 Hz)을 동시에 중첩하지 않고 각각 개별로 저압전로에 중첩할 수 있는 기능을 가진 저주파중첩장치와; 상기의 저주파중첩장치에 의해 저압전로에 중첩된 저주파신호전압에 의해 저압전로와 대지간에 흐르는 누설전류를 검출하기 위한 영상변류기와; 상기의 영상변류기에 의해 검출된 누설전류를 전압신호로 변환시키기 위한 전류/전압변환부와; 상기의 전류/전압변환부에 의해 변환된 누설전류에 해당하는 미소전류치 또는 전압치를 증폭하기 위한 증폭기와; 상기의 증폭기에 의해 증폭된 누설전류신호에서 상용교류주파수의 성분을 제거하기 위한 필터와; 상기의 필터에서 취출된 누설전류성분으로 부터 상기의 저주파중첩장치에 의해 저압전로에 중첩되어지는 저주파신호의 주파수가 f1 Hz인가 f2 Hz인가를 판단하기 위한 주파수검출기와; 상기의 증폭기 또는 필터에서 출력되어 지는 아날로그신호를 디지털신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털변환부와, 상기의 아날로그/디지털변환부 및 주파수검출기의 데이터 및 각종 데이터를 읽고 연산제어하기 위한 제어장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 저압전로의 활선절연감시장치

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