KR20080071259A

KR20080071259A - 전선로의 누설전류 유효성분 측정 연산 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20080071259A
Application number: KR1020070009241A
Authority: KR
Inventors: 김래영; 김득수
Original assignee: 주식회사 파워트론
Priority date: 2007-01-30
Filing date: 2007-01-30
Publication date: 2008-08-04
Also published as: KR100920153B1

Abstract

본 발명은 피측정 전선로 또는 전기기기의 절연불량에 의해 접지되는 경우에 있어서, 피측정 전선로 또는 전기기기의 절연불량에 의해 접지되어 누설전류가 미세한 경우에도 영상전류센싱수단, 신호증폭부, 고역패스필터 수단(HPF)과, 임의의 각 상 전압신호를 검출하는 상전압검출부으로 구성된 측정회로를 통해 상전압 신호와 누설전류 신호를 감지하고 소정의 연산 프로그램수행을 통해 누설전류의 유효성분 Igr를 매우 정확하게 연산할 수 있으며,

더 나아가 상기 접지 누설전류의 유효성분 Igr의 크기 및 위상각도 차를 외부 표시장치에 디스플레이하여 사용자에게 보여줌으로써 피측정 전선로의 측정점을 변경해 가며 반복 측정한 데이터결과를 통해 접지된 상 및 접지점을 정확히 체크해 낼 수 있는 전선로의 누설전류 저항성분 측정 연산 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

누전,전선로,접지,누설전류,영상성분,누설전류 유효성분

Description

전선로의 누설전류 유효성분 측정 연산 장치 및 그 방법{Measurement Device of leakage current ohmic value on power line And Method Thereof}

도 1은 3상 저압전선로의 누설전류의 발생 흐름도

도 2는 각 상전압 신호와 누설전류의 유효성분 및 대지정전용량에 의한 누설전류의 무효성분과의 위상 벡터도

도 3은 단상 저압전선로의 누설전류의 발생 흐름도

도 4는 본 발명에 따른 측정연산 장치의 블럭 회로도

도 5는 본 발명에 따른 측정연산 장치의 또 다른 실시 예

도 6는 단상 전선로의 측정연산장치 입력신호 결선도

도 7는 동기좌표법을 이용한 상전압 및 누설전류의 위상각의 벡터도

도 8는 본 발명에 따른 측정연산 방법을 개략적으로 나타낸 순서도.

1. 한국 등록실용 제 20-0401899호

2. 일본특허 특개 2005-140532호

본 발명은 저압전선로의 정전시키지 않고 활선상태에서 저압선로의 누전여부를 파악하는 누설전류 유효성분 측정연산 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 이를 자세히 설명하자면 접지저항성분에 의한 누설전류성분과 전선로의 대지 정전용량에 의해 흐르는 용량성 누설전류가 흐르게 되는 데 이때 누설전류의 유효성분(저항성분)값을 정확하게 측정 연산할 수 있는 측정연산 회로 및 연산 알고리즘에 관한 것이다.

일반적으로, 전기의 이용은 편리한 반면 적절하게 관리하지 못하거나 이의 사용을 잘못하면, 대단히 위험한 요소도 가지고 있어 전기화재나 감전사고등 중대한 사고를 발생시킬 가능성이 적지 않는 것이다.

예를 들자면, 이러한 중대사고의 원인의 하나로써 전선로 또는 전기기기의 절연불량에 의해 기인되어 접지되는 경우에 누설전류가 발생된다. 이와 같이 피측정 전선로에는 전선로 또는 전기기기의 절연불량에 의해 전선로가 접지될 경우에는 전선로의 대지정전용량에 의해 흐르는 용량성전류와 접지저항성분에 의한 누설전류성분이 흐르게 된다.

대한민국 등록실용 제 20-0401899호는 저압전선로를 정전시키지 않고 활선상태에서 저압선로의 누전위치 또는 누전구간을 탐색 파악하는 장치에 관한 것으로, 각종 부하에서 발생되는 여러가지 주파수로 인해 흐르는 누설전류를 검출하는 기존 방식의 누전차단기 및 누전경보기와 같은 누전검출장치의 오동작을 없애기 위해 상용 주파수이외의 누설전류를 모두 제거시키고 상용 주파수성분만의 누설전류를 검출하여 누전위치 또는 누전구간을 탐색 검출하거나, 전선로 및 부하 입력회로에 상 존하는 대지정전용량에 의해 흐르는 무효누설전류(용량성전류) Igc를 줄이기 위해 별도의 저주파(예 20Hz 이하)신호전압을 중성점 회로의 전선로를 통해 중첩시켜 이 저주파 신호전압에 의해 발생되는 누설전류성분과 상용주파수 성분의 누설전류를 검출하여 누전위치 또는 누전구간을 탐색 검출한다.

또한, 특허10-0463450 및 특허10-0503713는 이와 유사한 기술적 과제를 해결하는 방안으로 누전위치를 찾는 핀포인트 방법을 제시하고 있다.

또한, 일본특허 특개 2005-140532호는 누설전류를 계측하는 것으로 전기기기의 절연상태를 판정하는 위상각도 산출장치 또는 그 방법에 관한 것으로 상세하게는 피측정전선로에 흐르는 대지 절연저항성분만의 누설전류를 검출하는 위상각도 검출장치 및 이를 이용한 누설전류검출장치 또는 방법을 제시하고 있다.

상기 일본특허 특개 2005-140532호 발명에서는 상술한 기술적 과제를 해결하기 위해서 피측정선로에 흐르는 누설전류 Ig를 검출하는 누설전류 검출부로 부터 검출된 누설전류 Ig를 얻는다.

상기에서 검출된 누설전류 Ig를 전압신호로 변환한 후 저역주파수 통과필터(LPF)에서 고조파성분을 전부 제거하여 전원주파수 F에 해당되는 파형으로부터 인용발명의 도 8,도 및 9 (a),(b)에 도시된 전압파형 V1을 얻는다. 또한 선(Line) 전압 검출부(14)를 통해 얻어진 선전압 파형으로 부터 또 다른 저역주파수 통과필터(LPF)에서 고조파성분을 제거하고 인용발명의 도 8,도 9 (a)에 도시된 전압파형V2을 얻고 상기 전압파형V1 및 전압파형V2로 부터 인용발명의 도 10에 도시된 구형파 V1 및 V2 신호를 얻고 전원주파수측정부(21)에서는 전원주파수F를 산출하고 위 상펄스측정부(20)를 통해 위상각도(θ)를 θ=360×A/F 의 식에 의해 산출한다.

또한 A/D 변환부 및 CPU를 통해 누설전류 실효치를 산출하고 상기에서 산출된 위상각도(θ)와 상기 누설전류 실효치를 기초로 하여 대지 절연저항 성분만의 누설전류를 산출하는 것이다.

이와 같이 종래에는 저압전선로의 정전시키지 않고 활선상태에서 저압선로의 누전여부를 파악하는 방법에 있어서는 하드웨어로 구성된 회로를 통해 누설전류(영상분)의 실효치 크기를 측정하던가 마이콤회로에서 연산하는 방법을 사용하거나, 1차로 누설전류(영상분)의 실효치 크기를 측정 연산한 후 전선로의 라인전압신호와 누설전류(영상분)의 위상각도(θ)를 위상각 검출회로를 사용하여 측정연산하고 상기의 누설전류(영상분)크기에 위상각도(θ)를 곱하여 누설전류(영상분)중 접지저항성분에 의한 누설전류성분(Igr)만을 측정 연산하였다.

그러나, 수전용량이 큰 대수용가의 저압 배전선로의 경우에는 일반적으로 피측정 전선로가 길어져서 대지정전용량이 크게 되고 이에 흐르는 용량성전류(Igc)가 접지저항성분에 의해 발생되는 누설전류 유효성분(Igr)보다 훨씬 크게 되어 라인전압신호와 누설전류(영상분)의 위상각 차이인 위상각도(θ)가 90°에 근접되게 된다.

종래에는 일반적으로 위상각도(θ)를 측정하기 위한 수단으로써 일본특허 특개 2005-140532호에서 제시된 바와 같이, 상기 참고발명의 도 8 및 도 9 (a),(b)에 도시된 영상전류파형인 전압파형 V1 과 상전압파형인 전압파형 V2을 얻고 상기 전압파형 V1 및 전압파형 V2로 부터 제로클로스 검출회로와 같은 공지된 수단을 통해 상기 참고발명의 도 10에 도시된 구형파 V1 및 V2 신호를 얻게 되는 데, 고조파 성분의 영향으로 상기 전압파형 V1 또는 전압파형 V2의 중앙부근에 미세한 찌그러짐이 있는 경우에는 위상각도(θ)를 1% 이내로 정확하게 측정하는 것이 난이하였다.

또한 전술한 바와 같이, 상기 위상각도(θ)가 비교적 정확하게 측정될 수 있다고 하더라도, 피측정 전선로의 대지정전용량이 큰 경우에는 이에 흐르는 용량성전류(Igc)가 접지저항성분에 의해 발생되는 누설전류 유효성분(Igr)보다 훨씬 크게 되어 위상각 차이인 위상각도(θ)가 90°에 근접되게 되고, 예로써, 위상각도(θ)의 85.0°와 85.5°차이는 1% 이내이나 이의 cosθ 값인 cos85.0°와 cos85.5°의 차이는 10% 정도로 커지게 된다.

이와 같이 미세한 위상각도(θ)의 오차가 1% 이내로 확보되더라도 이에 해당되는 cosθ 값의 오차는 훨씬 커지게 되기 때문에, 위상각도(θ)를 측정하여 Igr= Igo ×cosθ의 계산법에 따라 접지저항성분에 의한 누설전류 유효성분(Igr)를 측정 연산하는 방법은 위상각도(θ)의 미세한 측정오차에 의해 누설전류 유효성분(Igr)의 측정오차가 커지게 되고 따라서 측정장치의 변별력이 감소되게 된다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 착안된 것이다. 도 1은 3 상 저압전선로의 누설전류의 발생 흐름도를 도시하고 도 2는 각 상전압 신호와 누설전류의 유효성분 및 대지정전용량에 의한 무효성분과의 위상 벡터도를 표시하고 있다.

도 1에서 C_{1 ,}C₂~ Cn 은 전선로의 대지간에 분포되어 형성된 대지정전용량 인 분포 캐패던스로써 이를 통해 용량성 전류(Igc)가 흐르게 된다. 또한 접지저항 Ro는 전선로 또는 전기기기의 절연불량에 의해 접지되는 경우의 접지저항을 표시하고 피측정 전선로에는 접지저항 Ro를 통해 접지저항성분에 의한 누설전류 유효성분(Igr)이 흐르게 된다.

도 2는 각 상(R,S,T) 전압신호의 위상 벡터도와 예로써 어느 임의 한 상(R)에 접지가 발생된 경우에 있어서 각 상전압을 기준하여 누설전류 Igo(R), 누설전류의 유효성분 Igr(R) 및 대지정전용량에 의한 무효성분 Igc(R)에 대한 위상 벡터도를 표시하고 있다. 여기서 누설전류의 유효성분 Igr(R)의 벡터는 상(R)전압과 동일하고 대지정전용량에 의한 무효성분 Igc(R)은 상기 유효성분 Igr(R)에 비해 90°뒤지며 누설전류 Igo(R)는 상기 두 성분의 벡터합으로써 결과적으로는 누설전류의 유효성분 Igr(R)과 누설전류 Igo(R)는 위상각도는 θ만큼 차이가 나게 된다.

또한 상기에서 한 상 R 에 접지가 발생된 경우의 누설전류의 유효성분 Igr(R)은 S 상전압 신호와는 120°차이가 나고 T 상전압 신호와는 240°차이가 나게 되는 것이다.

도 3은 단상 저압전선로의 누설전류의 발생 흐름도를 도시한다. 비접지된 단상 저압 전선로의 어느 한 상에 접지가 발생되면 누설전류는 전선로의 대지간에 분포되어 형성된 대지정전용량인 C₁ _,C₂ ~ Cn 분포 캐패던스를 통해 흐르는 게 되므로, 누설전류는 매우 미세한 크기의 신호레벨로 감지되고 위상각도는 90°에 근접하게 되어 이때 누설전류의 유효성분 Igr를 측정 연산하기가 더욱 더 난이하게 되 는 것이다.

본 발명은 상기에서와 같이 피측정 전선로 또는 전기기기의 절연불량에 의해 접지되어 누설전류가 미세한 경우에도 누설전류의 유효성분 Igr를 매우 정확하고 빠르게 측정 연산할 수 있어 피측정 전선로 또는 전기기기의 접지 유무를 파악할 수 있으며 더 나아가 상기 접지 누설전류의 유효성분 Igr 의 크기 및 위상각도 차를 연산하고 이의 측정결과를 디스플레이하여 사용자에게 보여줌으로써 피측정 전선로의 측정점을 변경해 가며 반복 측정한 데이터결과를 통해 접지된 상 및 접지점을 정확히 체크해 낼수 있는 전선로의 누설전류 저항성분 측정 연산 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명은 통상의 저역통과필터(LPF), 고역통과필터(HPF) 또는 대역통과필터와 같은 복잡하게 구성된 하드웨어적 필터수단를 사용치 않으면서 소정의 주파수나 상용주파수 성분에 의한 누설전류를 측정 연산할 수 있도록 소정의 주파수나 상용 주파수이외의 성분을 제거시키는 효과를 가질 수 있으며, 동기검파 연산 알고리즘에 의해 누설전류의 유효성분 Igr의 크기 및 위상각도를 빠르고 정확히 측정 연산할 수 있는 피측정 전선로의 누설전류 저항성분 측정 연산 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

3상이나 단상 형태의 피측정 전선로 부터 공지의 전류프로브와 같은 영상전류센싱수단을 설치하고 이를 통해 얻어진 고조파가 함유되어 있는 영상전류파형을 신호증폭기로 증폭한 다음 이 신호를 고역통과필터와 같은 공지의 필터회로수단에 의하여 고조파 성분 및 노이즈가 배제된 피측정 전선로의 영상전류파형을 얻고, 또 한 상전압검출부를 통해 R S,T 중 임의의 상전압파형을 얻고 상기 영상전류파형 및 상전압파형을 A/D컨버터로써 디지털신호로 변환하여 마이크로컨트롤라 CPU에서 동기검파 연산 알고리즘에 의해 누설전류의 유효성분 Igr의 크기 및 위상각도를 연산하게 되는 것이다.

상기 목적을 달성하고 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 누설전류 저항성분 측정 연산 방법은, 피측정 전선로의 누설전류의 유효성분 Igr 의 크기 및 위상각도을 측정 연산함에 있어서, 영상전류센싱수단(1)으로 부터 피측정 전선로에 흐르는 누설전류(영상분)를 검출하는 단계; 상전압검출부(4)를 통해 임의의 한 상과 중성점을 접촉함으로써 상전압 신호를 검출하는 단계; 및 상기 누설전류(영상분)의 측정신호 및 상전압의 측정신호 성분을 이용하여 누설전류의 유효성분 Igr의 크기 및 위상각도를 연산하는 단계;를 포함한다.

추가적으로 상기 누설전류(영상분)의 측정신호 주파수 성분 중에서 공지의 필터수단 또는 측정연산 장치 내부의 필터링 프로그램수행을 통해 측정 연산에 필요한 주파수 성분을 여과시키는 단계; 및 상기 상전압 신호의 주파수 성분 중에서 필터수단 또는 측정연산 장치 내부의 필터링 프로그램수행을 통해 측정 연산에 필요한 주파수 성분만을 여과시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 누설전류 저항성분 측정 연산 장치는, 도 4 또는 도 5에 도시된 바와 같이, 피측정 전선로(R,S,T상)의 3가닥 전체(단상 전선로의 경우 2가닥)를 전류클램프암(이하 클램프암이라 함)이 감싸도록 설치하여 여기에 흐르는 영상전류를 검출하는 공지의 AC 전류크램프와 같은 영상전류센싱수단(1)과;

상기 영상전류센싱수단(1)으로 부터 얻어진 신호를 적정한 신호로 증폭하는 신호증폭부(2)와;

상기의 신호증폭부(2)의 출력신호중에 함유된 매우 높은 차수의 고조파 성분 이나 노이즈 성분를 제거하기 위한 고역패스필터 수단(HPF,3)과;

임의의 각 상 전압신호를 검출하는 상전압검출부(4)와:

상기 상전압검출부(4)로 부터 얻어진 상전압 신호중에 함유된 매우 높은 차수의 고조파 성분이나 노이즈 성분를 제거하기 위한 고역패스필터 수단(HPF,5)과;

상기 상전압 신호와 상기 영상전류 센싱수단(1)으로 부터 얻어진 누설전류 신호를 기초로 하여 누설전류의 유효성분 Igr(R)의 크기 및 위상각도를 연산하는 마이크로컨트롤라 회로(MCU)를 포함한다.

또한 상기 마이크로컨트롤라 회로(MCU)는 상기의 아날로그신호들를 디지털신호로 변환하기 위해 ADC(8,9,11,12)나 A/D 컨버터(15) 및 CPU(14)를 포함한다.

추가적으로, 상기 마이크로컨트롤라 회로(MCU)에 내장된 연산프로그램 수행단계에서 상기 상전압파형의 기본파 전압신호 또는 상기 누설전류성분(Igo)의 기본 주파수 성분과 정확히 일치된 정현파(싸인파 및 코싸인파)가 필요하게 되는 데 이를 얻기 위한 PLL부(7 또는 8)가 더 포함될 수 있다.

추가적으로, 상기 상전압신호와 상기 누설전류성분(Igo)의 위상각도 차가, 일 실시 예로써, 소정의 값인 120°이내 인지를 판별하여 위상각도 차이가 120°이내일 경우에만 접지전류의 크기를 연산하기 위한 위상차판별부(6)가 더 포함될 수 있 다.

이하 본 발명의 누설전류 저항성분 측정 연산 장치 및 그 방법에 대하여 자세히 설명한다.

영상전류센싱수단(1)은 피측정전선로에 흐르는 누설전류(영상분)에 의해 발생되는 자기량을 전류클램프암(Current Transformer)를 사용하여 검출하며 검출된 자기 변화량으로 부터 전류가 생성된다. 영상전류센싱수단(1)에서 생성된 누설전류는 대지정전용량에 기인하는 누설전류 Igc와 절연저항에 직접 관계되며 대지절연저항에 기인하는 누설전류 유효성분 Igr를 함유하고 있으며 또한 상기 누설전류에도 각 고조파성분 및 배선선로상에 유도되는 노이즈 성분이 함유되어 있다.

누설전류 Igc는 피측정 전선로의 길이에 대응하여 용량이 증가될 뿐만 아니라 전기기기에 사용되는 각종 전력변환장치 및 노이즈필터등 전선로의 부하에 기인하는 고조파 왜곡전류에 따라 크기가 증가된다.

신호증폭부(2)는 상기 영상전류센싱수단(1)으로 부터 공급된 누설전류(영상분)을 공지된 방법에 의해 전압신호 i(t)로 변환하고 변환된 전압신호 i(t)를 소정의 레벨로 증폭한다. 예로써 영상전류센싱수단(1)으로 얻어진 누설전류(영상분)의 크기가 수십 mA 수준일 경우에는 후단의 고역패스필터수단에서 증폭후의 전압신호 레벨이 MPU의 입력레벨에 맞도록 1단 또는 2단으로 증폭한다.

고역패스필터수단(HPF,3)은 상기 신호증폭부(2)에서 얻어진 소정의 크기 레벨을 가진 누설전류신호로 부터 접지유무 판정에 기여될 수 없는 매우 높은 차수의 고조파 성분 및 각종 전력변환장치와 같은 부하나 배선선로에서 유도되어 지는 노 이즈 신호성분를 제거하는 기능을 가진다.

또한 고역패스필터수단(HPF,5)는 상전압검출부(4)에서 얻어진 소정 크기 레벨의 상전압 신호로 부터 접지유무 판정에 기여할 수 없는 매우 높은 차수 고조파 및 각종 전력변환장치와 같은 부하나 배선선로상에서 유도되는 노이즈성분를 제거하는 기능을 가진다.

MPU는 신호증폭부(2) 및 상전압검출부(4)의 신호를 받아 CPU(14)에 탑재된 동기검파 연산 알고리즘에 의해 누설전류의 유효성분 Igr(R)의 크기 및 위상각도를 연산하게 된다.

일반적으로 전선로에서 발생되는 낮은 차수 고조파의 크기는 기본파 크기의 30%이내이므로, 고역패스필터수단(HPF,3) 또는 고역패스필터수단(HPF,5)을 통해 기본파 주파수 보다 매우 높은 고조파 주파수성분 및 노이즈성분만이 제거되더라도 연산 프로그램 수행으로 누설전류의 연산이 가능할 수 있다. 따라서 상기 필터수단의 Cut-off 주파수를 기본파 주파수보다 매우 큰 값(예로써 수Khz)으로 설계된다.

이와 같이 설계된 상기 고역패스필터수단(HPF,3) 또는 고역패스필터수단(HPF,5)의 Cut-off 주파수는 기본파 주파수보다 매우 높기 때문에, 상기 필터수단을 구성하는 부품의 온도특성이 우수하지 않는 것을 사용함으로 인해 주위온도가 변화하여 상기 필터 수단의 필터링 감쇄특성이 다소 변화되더라도 측정 연산에 기여하는 상전압 신호 및 누설전류신호의 기본파 주파수성분는 전혀 감쇄되거나 영향을 받지 않는 장점을 가진다. 따라서, 통상적인 필터회로보다 훨신 저렴한 구조로 설계할 수 있다.

또한, 본 기술의 요지를 알기 쉽게 기술하기 위하여 도 4 에서 보인 바와 같이 상전압 신호는 A/D컨버터(10)에 입력되며 누설전류신호는 또 다른 A/D컨버터(9)에 입력되고 PLL부(7,8)의 신호는 또 다른 A/D컨버터(12,13)에 입력되는 것과 같이 MPU의 원론적인 동작 이론을 바탕으로 설명하였으나, 현실적으로 시판되고 있는 디바이스들은 대개 A/D컨버터 전단에 Analog Switch 기능을 가진 수개 채널의 멀티플렉서(MUX)를 가지고 있어 상기의 멀티플렉서(MUX)로써 상전압 신호 및 누설전류신호 또는 PLL부(7,8)의 신호를 필요한 연산시점에서 A/D컨버터회로에 연결시켜 A/D변환시킨 후 CPU(14)에서 연산하게 된다.

도 5 는 시판되고 있는 디바이스를 사용한 일 실시 예이다. 현재 상용화되어 있는 A/D 컨버터(15)의 소자에는 ± 10V 범위의 레벨신호를 디지털신호로 변환할 수 있는 ADC와 상기의 A/D컨버터 입력단에 고속의 아날로그 MUX(멀티플렉서)회로가 내장되어 있다. 상기의 아날로그 MUX 회로는 CPU(14)의 선택신호를 받아서 필요한 연산싯점에 수개 채낼(channel)의 Analog 입력신호를 고속 순차적으로 ADC에 연결시키는 역할을 한다. 상기의 Analog 입력신호는 상기의 ADC(A/D 컨버터)에 의하여 디지털값으로 고속변환되고 CPU(14)의 입력단에 인가되어 연산처리된다. 본 발명의 원형회로에는 아날로그 디바이스사의 AD7891 모델규격 또는 동등품이 사용되어 변환속도가 1.6 마이크로sec(초)로써 고속 변환이 가능하고 ± 10V 범위의 Analog 입력신호를 12비트 디지털신호로 변환하여 연산시에 해상도(분해능)를 높일 수 있으므로 측정시에 높은 정확도가 확보되게 되는 것이다.

또한 또 다른 실시 예로써, 상기의 마이크로 콘트롤라(MCU)소자에 내장되어 있는 A/D컨버터를 사용하여 연산에 필요되는 신호로 A/D 변환시킬 수 있다. 대개의 경우 마이크로 콘트롤라(MCU)소자에 내장된 A/D컨버터의 입력범위는 0V ~ +5V 이내이다.

또한, 본 발명의 일 실시 예인 동기좌표(검파)연산 알고리즘에 따라, 연산 프로그램의 수행단계에서 유효성분 Igr의 크기를 연산할 때 상전압파형의 기본파 전압신호 또는 상기 누설전류성분(Igo)의 기본파 성분과 정확히 주파수가 일치된 코싸인파 C₁과 싸인파 S₁가 필요하게 되는 데, 전술한 바와 같이 PLL부(6 또는 7)에서 상기 기본파 성분과 주파수가 동기되면서 임의의 일정각 만큼 차이를 가진 코싸인파 C₁ 또는 싸인파 S₁ 에 해당되는 신호를 생성하여 MPU에 입력한다.

MPU는 상기 PLL부(6 또는 7)로 부터 입력되어 지는 신호로 부터 연산시에 필요한 코싸인파 C₁ 또는 싸인파 S₁ 에해당되는 값을 코딩하여 연산시 사용한다.

또 다른 실시 예로, MPU는 상기 PLL부(6 또는 7)로 부터 입력되어 지는 신호를 받지 않고, 해당 프로그램수행 연산과정에서 상기 코싸인파 C₁ 또는 싸인파 S₁ 에 해당되는 신호를 자체적으로 상용 전원의 주파수(60Hz 또는 50Hz) ω를 기준으로 코딩하여 사용할 수 있으나, 상용 전원의 주파수 ω가 변동되는 경우에는 연산결과에 다소의 오차를 수반할 수 있는 우려가 있다.

3 상중 임의의 한 상이 접지 된 경우에 있어서 측정자가 처음 측정시에는 임의의 한 상과 중성점을 접촉하여 상전압검출부(4)를 통해 임의의 상전압이 검출되게 되는 데, 1차로 실지 접지된 상이 접촉되지 않아 다른 상전압이 검출되게 되면 검출된 상전압 신호와 접지전류와의 위상각은 120°또는 240°에 더하여 위상각도 θ만큼 더 차이가 벌어지게 된다.

위상차판별부(6)에서는 상전압 신호와 접지전류와의 위상각 차이가 소정의 값인 120°이내 인지만을 판별하여 위상각 차이가 120°이내일 경우에만 접지전류의 크기를 연산하게 된다. 예로써 접촉된 상이 R 상 전선로인 경우에는, 상기 누설전류의 유효성분 Igr(R)과 상전압 S와는 120°+θ 만큼 차이가 나고 상전압 T와는 240°+θ 만큼 차이가 나게 되는 것이다.

상기 위상차판별부(6)는 1차로 측정된 상전압 신호와 접지전류와의 위상각도 차이가 소정의 값 이내인가를 판별하여 이의 판별신호가 MPU에 입력되어 진다. 일 실시예로써, MPU는 상기 위상차판별부(6)로 부터 입력된 정보를 받아 상기 위상각도 차가 120°이상인 조건이면 접지전류의 크기를 연산치 않고 디스플레이부(15)에 위상각 차이가 120°이내가 아님을 표시하여 다른 상을 접촉하여 검출하도록 표시한다.

또 다른 실시예로, 상기 위상차판별부(6)을 두지 않고, MPU에서 프로그램의 연산에 의해 상전압 신호와 접지전류와의 위상차 값인 cosθ 과 sinθ 값을 연산하여 상기 위상각도 θ가 90°이내 인지를 판별할 수 있다. 즉 cosθ 값은 2 또는 3 상한인 90°<θ< 270°조건에서는 음(-) 값이고, sinθ은 3 또는 4 상한인 180°<θ< 360°조건에서는 음(-) 값이 되므로, 연산 산출된 위상차 값 cosθ 과 sinθ 값이 양인 조건인 경우에는 위상각도 θ가 90°이내인 것을 알 수 있으며 상기 두 위상차 값들이 양(+)의 값일 경우에 한해서 MPU는 접촉된 상이 접지된 전선로와 동 일하다고 판정할 수 있다.

전술한 바와 같이 프로그램의 연산에 의해 상전압 신호와 접지전류와의 기본 주파수 성분의 위상각도를 연산하기 위해서는 MPU의 연산량이 다소 많아 질 수 있으며 이에 따른 연산 시간도 더 소요되므로, 만약 상기 위상차판별부(6)을 현실적으로 저렴하게 설계할 수 있다면 위상차판별부(6)을 두는 것이 실효성이 있게 될 수도 있다.

상기 상전압 신호와 접지전류 성분값은 A/D컨버터(10), A/D컨버터(9) 또는 MPU 내의 A/D컨버터(5)로 입력되어 디지털 값으로 변환되고, 상기 MPU 내에 내장되어 있는 연산프로그램이 실행되어 누설전류 유효성분 Igr =Igo×cos θ의 수식원리에 따라 누설전류 유효성분 값이 연산된다.

일반적으로 상기 상전압 신호와 접지전류와 같은 교류신호에는 전선로의 부하로 발생되는 각종의 유도노이즈나 정류부하에 의한 각 차수의 고조파를 함유하고 있다. 본 발명에서는 상전압 신호와 접지전류의 기본 주파수 성분외에 임의의 고조파 성분이 추가로 포함되어 있거나 기본 주파수 성분과 유사한 주파수가 포함되어 있는 경우에도, 본 발명에서 제시된 동기검파 연산 알고리즘을 적용하므로써 누설전류 유효성분값 또는 위상각도차를 용이하게 연산할 수 있다는 것을 아래에서 규명하고저 한다.

우선, 피측정 전선로의 상용 전원의 주파수(60Hz 또는 50Hz)를 ω라 할 때, 임의 전선로의 R상에 해당되는 전압파형은 일반적으로 식 (1)과 같이 표시될 수 있 다.

(1)

또한 피측정물의 접지에 따른 누설전류성분 Igo 는 식 (2)와 같이 정현파 함수로 나타낼 수 있고 전선로 부하로 부터 발생되는 각종의 유도노이즈나 정류부하에 의한 각 차수의 고조파를 함유하고 있다.

(2)

이러한 고조파 성분은 주로 정류기형태의 부하에서 발생되고 정류기부하가 단상정류방식인 경우에는 2, 4, 6, 8.... , 삼상 3펄스인 경우에는 3, 6, 9, 12,... , 6상 6펄스 정류방식인 경우에는 3, 6, 9, 12,.... 의 각 고조파를 함유하게 된다.

상기 고조파 성분은 전술한 바와 같이 일반적으로 상용 전원 주파수(60 또는 50Hz) ω의 우수(짝수)배 차수의 주파수 성분을 가지나 삼상 정류 방식의 경우에는 기수(홀수)배 차수 주파수 성분을 가질 수 있으므로 이의 모든 경우를 고려하여 상용 전원 주파수 ω인 기본 주파수를 가진 전압성분을 기본파 전압신호(V_B _f )라 칭하면, R 상 전선로로 부터 얻어 지는 전압파형 V_(R-N)은 식(3)와 같이 기본파 전압신호(V_B _f )와 각각의 고조파 성분(V _hm )의 합으로 나타낼 수 있다. 즉,

(3)

이때, θ,θ _i,f 는 상기 기본파 또는 해당 i차 고조파에 대한 전압파형 및 누설전류 파형간의 위상차이며, 2A, 2A _i 는 기본파 전압신호(V_B _f ) 또는 해당 i차 고조파 전압 성분의 최대치이다. 또한 여기서 φ, φ _i,f 는 상기 기본파 또는 해당 i차 고조파 전압신호에 대한 누설전류파형의 초기 위상각이다.

또한, 상기 누설전류성분 중 기본 주파수에 해당되는 전류성분을 I_B _f 라 한다면, 식(2)에 표시된 주파수 ω가 되는 기본 주파수 전류성분(I_B _f )와 고조파 성분의 누설전류(I_hm) 합으로 나타낼 수 있다.

(4)

여기서, φ, φ _i,f 는 누설전류성분의 기본파 또는 i차 고조파 성분의 초기위상이며, 2B, 2B _i 는 기본파 또는 i차 고조파 성분의 최대치이다.

한편, 전선로의 전원측 중성점과 접지단자간에 중첩변성기를 설치하고 jωt의 주파수를 가진 측정신호를 중첩시킬 경우나, 또는 전선로의 임의의 상전압 파형 에 특정 주파수 jωt의 노이즈 전압파형이 포함되어 있는 경우에, 상기 특정 주파수 jωt의 전압파형(V_Jf)은 하기 식(5)과 같이 상용 전원 주파수 ω의 실수배로 나타낼 수 있다.

(5)

이때, 2K _i 는 j차 전압 파형의 최대치이고, θj_,RP는 j차 특정 주파수의 전압성분(V_Jf)의 초기 위상이다. 여기서 j는 0보다 큰 양의 실수이다.

또한, 상기 특정 주파수의 전압성분(V_Jf)에 의해 피측정 전선로에 흐르게 되는 특정 주파수의 전류성분(_Jf)은 하기 식 (6)와 같이 상용 전원 주파수 ω의 실수배로 나타낼 수 있다.

(6)

이때, 2L _i 는 j차 특정 주파수 전류성분의 최대치이고, θj_,RP는 j차 특정 주파수의 전압성분(V_Jf)과 전류성분(I_Jf)과의 위상차이다.

피측정 전선로의 상용 전원의 주파수(60Hz 또는 50Hz)를 ω라 할 때, 예로써 전선로 R 상에서 측정되는 전압파형은 일반적으로 R상 전선로의 전압파형 V_(R-N)에 상기 특정 주파수의 전압성분(V_Jf)이 함께 중첩되어 측정되므로 통상적인 필터수단을 통해 전선로에 유기되는 노이즈전압 신호를 제거하면 R상 전선로에서 측정되는 순수 교류전압 V_(R-N)j 성분은 상기 식(3)와 식(5)의 합으로 표현될 수 있다.

즉,

(7)

또한, 상기 누설전류성분(Igo)에 상기 특정 주파수의 전압성분(V_Jf)에 의해 피측정 전선로에 흐르게 되는 특정 주파수의 전류성분(I_Jf)이 중첩되게 되므로 이 경우의 누설전류 Igo(j)성분은 주파수 ω가 되는 기본 주파수 전류성분(I_B _f ), 고조파성분(I_hm)및 특정 주파수 전류성분(I_Jf)의 합으로 나타낼 수 있다. 즉, 상기 식(4)와 식(6)의 합이 된다.

(8)

한편, 또 다른 실시 예로써, 본 발명의 누설전류 측정 연산회로를 구성함에 있어서, 고역패스필터수단(3, 5)의 필터특성을 소정의 대역폭(B)을 가지게 설계하거나 또는 이의 공진주파수(fr)가 상기 기본 주파수 성분인 ω와 동일하거나 유사하도록 하고 소정의 차단주파수(F_L, F_H) 특성을 가진 고역통과필터 또는 저역통과필터 특성을 갖도록 구성한다. 이렇게 설계된 고역패스필터수단을 통과한 후에 R상 전선로에서 측정되는 순수 교류전압(V_(R-N)j) 또는 누설전류(Igo_(j))의 각 고조파 구성 성분은 공진주파수(fr)와 유사한 주파수 대역의 고조파 성분 또는 소정 주파수 대역의 고조파 성분만을 가지게 된다. 따라서 상기와 같은 특성을 가진 필터수단를 통과하고 난 후의 순수 상전압성분(V_(R-N),FIL)과 누설전류성분(I_GO,FIL)는 하기 식(9) 및 (10)과 같이 나타낼 수 있다.

(9)

(10)

상기 식 (9) 및 (10)에서, r, t는 1보다 큰 임의의 정수가 되고 j는 임의의 0 보다 큰 양의 실수가 될 것이다. 상기 고역패스필터수단(3, 5)이 협대역 통과특성 또는 저역통과필터 특성을 가지게 되면 t는 r보다 크면서 1에 다소 근접된 임의의 정수가 되게 된다. 또한, 이와 반대로 상기 고역패스필터수단이 광대역통과 필터특성 또는 고역통과 필터특성을 가진다면 이와 반대로 t는 r보다 크면서 1에 근접되지 않게 선정될 것이다.

만약, 임의의 수단에 의해 R 상의 전압파형 V_(R-N)의 기본파 전압신호(V_B _f ) 또는 상기 누설전류성분(Igo)의 기본 주파수 성분인 교류전류(I_B _f )의 주파수와 정확히 일치된 코싸인파 C₁과 싸인파 S₁가 얻어 진다면 하기 식(11) 및 식(12)와 같이 표현된다.

(11)

(12)

또한 상기 식 (9)의 필터수단을 통과한 직후의 순수 교류전압(V_(R-N)j) 성분과 식 (10)의 필터를 통과한 직후의 누설전류성분(Igo_(j))을 상기 식(11) 및 식(12)와 상호 각각 곱함으로써, 다음의 연산항 m₁, m₂, m₃ 및 m₄를 계산 할 수 있다.

(13)

(14)

(15)

(16)

상기 식(13) 내지 식(16)의 각 연산항은 시간 t에 따라 변하지 않는 직류성분과 시간 t에 따라 주기적(ω_t)으로 변하는 정현파의 고조파 교류성분으로 구성되어 있다.

이때, 상기 식(13) 내지 식(16)의 교류성분은 모두 ω의 정수배로 표시되는 각(angle)주파수를 가지게 된다. 또한, 상기 식(13) 내지 식(16)를 하기 식(17)과 같은 적분주기(T_D)를 취하여 각각 적분하게 되면 상기 식(13) 내지 식(16)의 각 항은 직류성분항을 제외한 모든 교류성분항이 영(0)이 되며 그 결과로는 직류성분항에 적분주기(T_D)를 곱한 값이 얻어지게 된다.

고역패스필터수단(3)과 고역패스필터수단(5)의 필터특성 차이때문에 상기 필터수단들을 통과하고 난 후의 순수 상전압성분 V_(R-N), _FIL 성분과 누설전류성분 I_GO _, _FIL 중에 함유된 고조파 성분의 차수는 다소 상이하게 되고 따라서 식 (9) 또는 식 (10)에서 r, t 에 해당되는 값이 달라질 수 있으나, 식 (9) 또는 식 (10)는 각각 독립적인 연산항이므로 이 경우에도 식(17)과 같은 적분주기(T_D)를 취하여 각각 적분하게 되면 상기 식(13) 내지 식(16)의 각 항은 직류성분항을 제외한 모든 교류성분항이 영(0)이 된다는 것을 알 수 있다.

다시 말하면, 하기 식(17) 및 식(18)에서 보인 바와 같이 임의의 주파수 또는 이의 정수배 주파수를 가진 정현파 함수에 대하여 주기 적분을 행하게 되면, 어떠한 임의 차수의 고조파 성분이 함유된 경우에도 그 결과는 0이 된다는 성질을 이용하여 상기 식(13) 내지 식(16)의 모든 정현파 교류성분항을 제거할 수 있는 것이다.

(17)

(18)

또한, 상기 식(13) 내지 식(16)의 각 연산식에서 r은 n보다 적은 임의의 정수가 되고 정수 t는 각각 n보다 큰 임의의 정수만을 만족하는 조건이면, 상기 모든 교류성분의 항이 영(0)이 될 수 있다.

또한, 정수 t가 n보다 매우 큰 임의의 정수인 경우까지를 고려한다면 이와 같이 n보다 매우 큰 차수의 높은 고조파 성분항에 대하여도 일정 주기(T_D) 적분이 정확하게 수행될 수 있어야 하므로, MPU는 높은 고조파성분에 대해서 연산의 정확 도를 확보할 수 있는 고속의 디지털 시그널프로세서(DSP)를 채택하여야 할 필요가 있다.

이와 같이 고속의 디지털 시그널프로세서(DSP)를 채택하여 연산 프로그램수행을 통해 높은 고조파성분에 대해서 일정주기(T_D) 적분 연산이 정확하게 수행될 수 있는 경우에는 상기 고역패스필터수단(3,5)이 단순히 고역차단필터(저역통과필터)의 특성을 갖게 되도록 설계되어도 상기 연산이 가능하므로 상기 일정주기(T_D) 적분 연산단계에서 소프트웨어적 필터링기능를 갖는 것으로 볼 수 있다.

상기 적분결과로 얻어진 값은 상기 식(13) 내지 식(16)의 직류성분에 적분주기(T_D)를 곱한 값으로 나타나므로, 이후 결과값을 적분주기(T_D)로 나누고, 이를 M₁, M₂, M₃ 및 M₄로 정의하면 하기 식(19) 내지 식(22)과 같이 표시할 수 있다.

(19)

(20)

(21)

(22)

상기의 식(19) 내지 식(22)을 이용하여 하기 식(23)를 계산하게 되면 식(23)의 결과치는 누설전류 Igo의 유효성분(저항성분)과 동일하게 되며 따라서 하기 식(23)를 이용하여 간단하게 누설전류 Igo의 유효성분를 구할 수 있다.

(23)

이때, 2B는 누설전류 Igo의 기본 주파수 성분의 최대치가 되고, 따라서 2B cosθ는 누설전류 유효성분의 실효값으로 표시될 수 있다.

다시 말하면, 식(13) 내지 식(16)의 각 연산항 m₁, m₂, m₃ 및 m₄를 연산하고, 일정 적분주기(T_D)로 적분하여 직류성분을 제외한 모든 교류성분 항이 영(0)이 되게 하여 직류성분만으로 구성된 M₁,M₂,M₃ 및 M₄항을 구함으로써, 식(23)까지의 동기 검파법에 의한 연산과정에 통해 누설전류 유효성분의 실효값을 정확하며 용이하게 연산할 수 있다.

또한, 식 (20)과 식(23)을 각각 제곱하여 더하게 되면 누설전류 Igo의 기본 주파수 성분의 최대치 B를 얻을 수 있으므로 식 (23) 및 식 (24)로 부터 cosθ 값을 얻을 수 있으며 코싸인함수 테이블로 부터 위상각도 θ를 얻을 수 있는 것이다.

(23)

(24)

또한, 상기 계산과정을 자세히 검토해 보면, 식(13) 내지 식(16)의 각 연산항 m₁, m₂, m₃ 및 m₄으로 부터 직류성분만으로 구성된 M₁, M₂, M₃ 및 M₄항을 추출하기 위해 사용되는 적분주기(T_D)는, 순수 교류전압 V_(R-N)j 또는 누설전류 Igo_(j)성분를 구성하는 모든 교류성분의 주파수를 상호 가산 및 감산하거나 또는 필터회로를 통과한 후의 순수 상전압성분 V_(R-N), _FIL 과 누설전류성분 I_GO _, _FIL를 구성하는 모든 교류성분의 주파수를 상호 가산 및 감산하여 그 가산 및 감산의 결과값 사이의 최대공약수를 구하고 이의 주파수에 해당되는 주기 또는 상기 주기의 정수배로 결정할 수 있다.

또한, 누설전류 유효성분의 실효값을 연산하기 위하여 소요되는 시간을 줄이고 측정에 있어 정확성을 확보하기 위해서는 상기에서 선정된 주기의 정수배로 상기 적분주기(T_D)를 정하여 적분하게 되면 연산량이 증가하게 되나 측정연산시 오차를 감소시킬 수 있는 장점이 있을 수 있다.

또한, 일반적으로 상용으로 채택되는 전선로 전원의 주파수는 60Hz 또는 50Hz로 사용되고 있다. 따라서, 상기에서 설명한 기술적 사상에 따라 순수 상전압 성분 V_(R-N)j 과 누설전류성분 Igo_(j)를 구성하는 모든 교류성분의 주파수를 구성하는 모든 교류성분의 주파수를 상호 가산 및 감산하여 그 가산 및 감산의 결과값의 최대공약수가 10Hz로 결정되어 지게 되어 10Hz에 해당되는 주기 또는 상기 주기의 정수배로 주기적분을 하게 되면, 상용 전원의 주파수가 60Hz 또는 50Hz에 관계없이 모든 교류성분 항이 영(0)이 되어 직류성분만으로 구성된 M₁,M₂,M₃ 및 M₄항을 얻을 수 있으므로, 상용 전원 주파수가 60Hz 또는 50Hz에 관계없이 동일한 연산주기를 사용하여 식(24)까지의 동기 검파법에 의한 연산과정을 수행하더라도 누설전류 유효성분 실효값 및 위상각도를 연산할 수 있다.

그럼, 이하 관련도면을 참조하여 본 발명에 따른 누설전류 유효치 실효값 측정연산 방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 8는 본 발명에 따른 측정연산 방법의 흐름을 개략적으로 나타낸 순서도이다. 우선, 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 측정연산 방법은, 피측정전선로의 누설전류의 유효성분 Igr 의 크기 및 위상각도을 측정 연산함에 있어서,

영상전류센싱수단(1)으로 부터 피측정전선로에 흐르는 누설전류(영상분)를 검출한다.(S201);

또한 이때, 상기 누설전류(영상분)의 측정신호 주파수 성분 중에서 공지의 필터수단 또는 측정연산 장치 내부의 필터링 프로그램수행을 통해 가능한 한 측정 연산에 필요한 주파수 성분만을 여과시키는 것이 바람직 하다.(S202);

한편, 상전압검출부(4)를 통해 3상중 임의의 한 상과 중성점을 접촉함으로써 상전압을 검출한다.(S203)

또한 이때, 상기 상전압의 측정신호 주파수 성분 중에서 필터수단 또는 측정연산 장치 내부의 필터링 프로그램수행을 통해 가능한 한 측정 연산에 필요한 주파수 성분을 여과시키는 것이 바람직 하다.(S204)

그 다음으로, CPU가 디지털신호로 변환된 상기 검출신호들을 읽고, 상기 여과된 누설전류(영상분) 신호 및 상전압 신호 성분을 이용하여 누설전류의 유효성분 Igr의 실효치 크기 및 위상각차 θ를 연산한다.

누설전류의 유효성분 Igr의 크기 및 위상각 차를 연산하는 방법은, 누설전류 (영상분)의 측정신호 또는 상전압의 측정신호을 형성하는 모든 주파수 성분을 상호 가산 및 감산한 결과값 사이의 최대공약수를 구한다.(S205)

상기 최대공약수의 주파수에 해당되는 주기 또는 상기 주기의 정수배로써 연산에 필요한 일정 적분주기(T_D)를 결정한다.(S206)

누설전류(영상분) 신호, 상전압 신호, 코싸인파 C1 및 싸인파 S1 으로 부터 연산항 m1, m2, m3 및 m4를 각각 연산한다.(S207)

상기 연산항 m1, m2, m3 및 m4를 상기 일정 적분주기(T_D)동안 적분하여 직류성분만으로 구성된 연산항 M1,M2,M3 및 M4을 각각 구한다.(S208)

상기 연산항 M1,M2,M3 및 M4으로 부터 누설전류의 유효성분 Igr의 실효치 또는 위상각도 θ을 구한다.(S209)

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예 들은 예시의 목적을 위해 개시 된 것이며, 본 발명의 기술적 사상을 그대로 이용하면서 직렬통신이나 TCP/IP 통신 모듈을 추가하여 전선로의 접지여부나 접지점을 온 라인 감시장치로 적용가능하다.

또한 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 피측정 전선로 또는 전기기기의 절연불량에 의해 접지되는 경우에 있어서, 하드웨어적 회로가 비교적 간단하면서도 연산 알고리즘을 통해 매우 정확하고 빠르게 누설전류의 유효성분 Igr 또는 위상각도를 측정 연산하여 피측정 전선로 또는 전기기기의 접지 유무를 파악할 수 있다.

더 나아가 측정시에 3상중 어느 한 상만을 접촉하게 하고 상기 접지 누설전류와 접촉된 전선로 전압신호의 위상차 각을 연산한 결과에 의해 피측정 전선로의 상이 올바른 지를 판단하여 디스플레이하여 줌으로써 측정자는 피측정 전선로의 상 또는 측정선로의 위치을 변경해 가며 측정하고 측정된 데이터결과를 통해 접지된 상 및 접지점을 정확히 체크해 낼 수 있다.

또한 본 발명은 통상의 저역통과필터(LPF), 고역통과필터(HPF) 또는 대역통과필터와 같은 복잡하게 설계된 하드웨어적 필터수단를 사용치 않으면서 상용주파수 성분만의 누설전류만을 측정 연산할 수 있도록 상용 주파수이외의 누설전류를 모두 제거시키는 효과를 가질 수 있으며,

상전압 신호와 접지전류의 기본 주파수 성분외에 임의의 고조파 성분이 추가로 포함되어 있거나, 기본 주파수 성분과 유사하거나 또한 특정한 주파수가 추가로 포함되어 있는 경우에도 본 발명에서 제시된 동기검파 연산 알고리즘을 적용하므로써 상용주파수 성분에 의한 누설전류 유효성분값 또는 위상각도를 용이하게 연산할 수 있다는 장점이 있다.

아울러, 본 발명은, 고역패스필터 수단의 Cut-off 주파수를 기본파 주파수보다 매우 높게 설계함으로써 주위온도가 변화되어 상기 필터 수단의 필터링 감쇄특성이 변화되더라도 측정 연산에 기여하는 상전압 신호 및 누설전류신호의 기본파 주파수성분는 고역패스필터 수단에서 전혀 감쇄되거나 영향을 받지 않으므로 측정 연산시 주위온도가 변화하더라도 비교적 정확한 측정값을 얻을 수 있다.

Claims

피측정물의 누설전류 또는 이의 위상각도를 측정 연산함에 있어서,

영상전류센싱수단으로 부터 피측정전선로에 흐르는 누설전류(영상분)를 검출하는 단계;

상전압검출부를 통해 임의의 한 상의 상전압 신호를 검출하는 단계;

상기 누설전류(영상분) 또는 상전압 신호를 형성하는 모든 주파수 성분을 상호 가산 및 감산한 결과값 사이의 최대공약수를 구하여 상기 최대공약수의 주파수에 해당되는 주기 또는 이의 정수배로써 연산에 필요한 일정 적분주기(T_D)를 결정하는 단계;

상기 누설전류(영상분) 신호, 상전압 신호, 코싸인파 C1 및 싸인파 S1 으로 부터 연산항 m1, m2, m3 및 m4를 각각 연산하는 단계;

상기 연산항 m1, m2, m3 및 m4를 상기 일정 적분주기(T_D)동안 적분하여 직류성분만으로 구성된 연산항 M1,M2,M3 및 M4을 구하는 단계;

상기 연산항 M1,M2,M3 및 M4으로 부터 누설전류의 유효성분 또는 위상각도를 구하는 단계를 포함하는 누설전류 저항성분 측정 연산 방법.
제 1항에 있어서,

상기 누설전류(영상분) 신호 중에서 공지의 필터수단 또는 필터링 프로그램 수행을 통해 측정 연산에 필요한 주파수 성분만을 여과시키는 단계;

상기 상전압 신호 중에서 필터수단 또는 필터링 프로그램수행을 통해 측정 연산에 필요한 주파수 성분만을 여과시키는 단계;를 더 포함하는 누설전류 저항성분 측정 연산 방법.
제1항 에 있어서,

상기 일정 적분주기(T_D)는 10Hz에 해당되는 주기의 정수배로 정하는 것을 특징으로 하는 누설전류 저항성분 측정 연산 방법.
제 1항 또는 제 2항 또는 제 3항에 있어서,

상기 상전압 신호와 상기 누설전류 신호 성분의 위상각도 차 θ가 소정의 값 이내 인지를 판별하여 위상각도 차가 소정의 값 이내일 경우에만 접지전류의 크기를 연산하는 단계를 더 포함하는 누설전류 저항성분 측정 연산 방법.
피측정물의 누설전류 또는 이의 위상각도를 측정 연산함에 있어서,

누설전류(영상분) 신호를 검출하는 공지의 영상전류센싱수단과;

상기 영상전류센싱수단으로 부터 얻어진 신호를 적정한 신호로 증폭하는 신호증폭부와;

상기의 신호증폭부의 출력신호중에 함유된 노이즈 성분를 제거하기 위한 고 역패스필터수단과;

상전압 신호를 검출하는 상전압검출부와:

상기 상전압검출부로 부터 얻어진 상전압 신호중에 함유된 노이즈 성분를 제거하기 위한 또 다른 고역패스필터수단과;

상기 상전압 신호와 누설전류 신호를 기초로 하여 누설전류 유효성분 Igr 또는 위상각도을 연산하는 마이크로컨트롤라 회로(MCU)를 포함하는 누설전류 저항성분 측정 연산 회로.
제 5항에 있어서,

상기 상전압 신호의 기본 주파수 성분 또는 상기 누설전류 신호의 기본 주파수 성분과 정확히 일치된 정현파(싸인파 및 코싸인파)신호를 얻기 위한 PLL부를 더 포함하는 누설전류 저항성분 측정 연산 회로.
제 5항 또는 제 6항에 있어서,

상기 상전압 신호와 상기 누설전류 신호 성분의 위상각 차가 소정의 값이내 인지를 판별하여 위상각 차이가 소정의 값이내 일 경우에만 접지전류의 크기를 연산하기 위한 위상차판별부를 더 포함하는 누설전류 저항성분 측정 연산 회로.
제 5항 또는 제 6항에 있어서,

상기 마이크로컨트롤라 회로(MCU)는 수개의 ADC나 수개 채널의 멀티플렉 서(MUX)를 가진 A/D 컨버터로 구성됨을 특징으로 하는 누설전류 저항성분 측정 연산 회로.