KR20090056686A - 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설전류의 검출방법, 누설상 판단 방법 및 상기 방법에 의한 누설전류검출 장치, 누설상 판단 장치 - Google Patents

합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설전류의 검출방법, 누설상 판단 방법 및 상기 방법에 의한 누설전류검출 장치, 누설상 판단 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설전류의 검출 방법 및 누설상 판단 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 전원부와 부하가 3상 4선식으로 연결된 배전선로에서 누설전류를 검출하기 위한 방법은, 전원부에서 측정된 3개의 상 전류와 중성선 전류의 벡터 합을 계산하여 합 전류를 산출하는 제1단계; 상기 제1단계에서 산출된 합 전류가 기 설정된 소정 수치 이상일 경우, 누설 전류가 발생한 것으로 판단하는 제2단계; 상기 제2단계에서 누설전류가 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 합 전류와 상기 3개의 각 상 전류의 위상을 비교하여 합 전류의 위상과 가장 유사한 위상을 갖는 상 전류가 흐르는 배전선로에서 누설전류가 발생한 것으로 판단하는 제3단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명은 3상 계통의 배전선로에서 3개의 상 전류와 중성선 전류를 더한 합 전류와 각각의 상 전류와의 위상을 비교함으로써, 누설이 발생한 상까지 구분할 수 있어 3상 계통의 어느 선로에서 누설이 발생했는지를 신속하게 파악할 수 있는 효과가 있다.
상기와 같은 본 발명은 중성선을 포함하지 않은 3상 계통에서도 유효하다.
3상회로, 누설, 위상, 상 전류, 합 전류, 영상변류기

Description

합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설전류의 검출 방법, 누설상 판단 방법 및 상기 방법에 의한 누설전류 검출 장치, 누설상 판단 장치{Method and apparatus for detecting a leakage current and determining a phase of the leakage current using phase comparison between a net current and phase currents}
본 발명은 전원부와 부하가 3상으로 연결된 배전선로에서의 누설전류의 검출 방법 및 누설상 판단 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3상 계통의 배전선로에서 3개의 상 전류와 중성선 전류를 더한 합 전류와 각각의 상 전류와의 위상을 비교함으로써 누설 유무 및 누설이 발생한 선로를 검출하기 위한 방법에 관한 것이다.
전선의 피복 또는 전기기기의 절연물이 열화 되거나 기계적인 손상 등을 입게 되면 전선 외부로 전류가 흐르게 되는데 이를 누설전류라 한다. 이와 같이 누설전류가 흐르면 화재의 위험 및 감전의 우려가 있을 뿐만 아니라, 전압강하로 기기의 손상 및 전력 손실이 발생하게 된다. 따라서 누설 전류가 발생할 경우, 누설된선로를 신속히 검출하여 이를 복구하여야 한다.
누설전류를 측정하는 기존의 방법으로는 접지선에 누설 전류계를 클램핑해서 측정값을 읽거나, 단상 혹은 3상을 일괄 클램핑해서 측정하는 방법이 있다.
그러나 이러한 기존 방법은 단지 누설 전류의 크기만을 측정하여 누설 발생 유무만을 판단하므로, 3상의 경우 누설 전류의 발생 여부는 판단할 수 있으나, 누설 상은 판단할 수 없는 문제점이 있다. 단상에서는 누설 상의 판단이 불필요하지만, 3상의 경우에는 누설 전류가 발생하면 3상 선로 모두를 별도의 방법을 통하여 점검하여야 하므로, 고장을 복구하는데 많은 시간과 인력이 요구되며, 그에 따라 계통의 정전시간도 길어지게 되기 때문이다.
따라서 이와 같은 3상 계통에서 발생한 누설 고장 상을 신속히 검출하기 위한 방법이 필요하게 되었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 3상 계통의 배전선로에서 3개의 상 전류와 중성선 전류를 더한 합 전류와 각각의 상 전류와의 위상을 비교함으로써 누설이 발생한 상을 신속히 검출하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전원부와 부하가 3상 4선식으로 연결된 배전선로에서 누설전류를 검출하기 위한 방법은, 전원부에서 측정된 3개의 상 전류와 중성선 전류의 벡터 합을 계산하여 합 전류를 산출하는 제1단계; 상기 제1단계에서 산출된 합 전류가 기 설정된 소정 수치 이상일 경우, 누설 전류가 발생한 것으로 판단하는 제2단계; 상기 제2단계에서 누설전류가 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 합 전류와 상기 3개의 상 전류의 위상을 비교하여 합 전류의 위상과 가장 유사한 위상을 갖는 상 전류가 흐르는 배전선로에서 누설전류가 발생한 것으로 판단하는 제3단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전원부와 부하가 3상 3선식으로 연결된 배전선로에서 누설전류를 검출하기 위한 방법은, 전원부에서 측정된 3개의 상 전류의 벡터 합을 계산하여 합 전류를 산출하는 제1단계; 상기 제1단계에서 산출된 합 전류가 기 설정된 소정 수치 이상일 경우, 누설 전류가 발생한 것으로 판단하는 제2단계; 상기 제2단계에서 누설전류가 발생한 것으로 판단 되는 경우, 상기 합 전류와 상기 3개의 상 전류의 위상을 비교하여 합 전류의 위상과 가장 유사한 위상을 갖는 상 전류가 흐르는 배전선로에서 누설전류가 발생한 것으로 판단하는 제3단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 부하는 평형부하 또는 불평형 부하로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 전원부와 상기 부하의 사이에 상기 배전선로를 모두 관통하도록 영상변류기를 더 구비하며, 상기 제1단계는, 상기 영상변류기의 전류값을 측정하여 합 전류를 산출하도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 제3단계는, 상기 제2단계에서 누설전류가 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 합 전류와 상기 각각의 3개의 상 전류의 위상차의 절대값을 계산하는 제3-1단계; 상기 제3-1단계에서 계산된 3개의 값 중, 가장 작은 값을 갖는 위상에 해당하는 상 전류가 흐르는 배전선로에서 누설전류가 발생한 것으로 판단하는 제3-2단계; 를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 전원부와 부하가 3상 4선식으로 연결된 배전선로에서 누설상을 판단하기 위한 방법은, 전원부에서 측정된 3개의 상 전류와 중성선 전류의 벡터 합을 계산하여 합 전류를 산출하는 제1단계; 상기 합 전류와 상기 3개의 상 전류의 위상을 비교하여 합 전류의 위상과 가장 유사한 위상을 갖는 상을 누설상으로 판단하는 제2단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 전원부와 부하가 3상 3선 식으로 연결된 배전선로에서 누설상을 판단하기 위한 방법은, 전원부에서 측정된 3개의 상 전류의 벡터 합을 계산하여 합 전류를 산출하는 제1단계; 상기 합 전류와 상기 3개의 상 전류의 위상을 비교하여 합 전류의 위상과 가장 유사한 위상을 갖는 상을 누설상으로 판단하는 제2단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 부하는 평형부하 또는 불평형 부하로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 전원부와 상기 부하의 사이에 상기 배전선로를 모두 관통하도록 영상변류기를 더 구비하며, 상기 제1단계는, 상기 영상변류기의 전류값을 측정하여 합 전류를 산출하도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 제2단계는, 상기 합 전류와 상기 각각의 3개의 상 전류의 위상차의 절대값을 계산하는 제2-1단계; 상기 제2-1단계에서 계산된 3개의 값을 서로 비교하여, 그 중 가장 작은 값에 해당하는 상을 누설상으로 판단하는 제2-2단계; 를 포함하도록 구성될 수 있다.
한편, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 전원부와 부하가 3상 4선식으로 연결된 배전선로에서 누설전류를 검출하기 위한 장치는, 상기 배전선로로부터 측정된 3개의 상 전류와 중성선 전류의 벡터 합을 계산하여 합 전류를 산출하는 합 전류 산출부; 상기 합 전류 산출부로부터 합 전류의 값을 입력받아, 상기 합 전류가 기 설정된 소정 수치 이상일 경우 누설 전류가 발생한 것으로 판단하는 누설 전류 판단부; 상기 누설 전류 판단부에서 누설전류가 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 합 전류와 상기 3개의 각 상 전류의 위상을 비교하여 합 전류의 위상과 가장 유사한 위상을 갖는 상 전류가 흐르는 배전선로에서 누설전류가 발생한 것으로 판단하는 누설상 판단부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 전원부와 부하가 3상 3선식으로 연결된 배전선로에서 누설전류를 검출하기 위한 장치는, 상기 배전선로로부터 측정된 3개의 상 전류의 벡터 합을 계산하여 합 전류를 산출하는 합 전류 산출부; 상기 합 전류 산출부로부터 합 전류의 값을 입력받아, 상기 합 전류가 기 설정된 소정 수치 이상일 경우 누설 전류가 발생한 것으로 판단하는 누설 전류 판단부; 상기 누설 전류 판단부에서 누설전류가 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 합 전류와 상기 3개의 각 상 전류의 위상을 비교하여 합 전류의 위상과 가장 유사한 위상을 갖는 상 전류가 흐르는 배전선로에서 누설전류가 발생한 것으로 판단하는 누설상 판단부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 부하는 평형 부하 또는 불평형 부하로 구성될 수 있으며, 상기 합 전류 산출부는 영상변류기를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 누설상 판단부는, 상기 누설 전류 판단부에서 누설전류가 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 합 전류와 상기 각각의 3개의 상 전류의 위상차의 절대값을 계산하는 위상차 계산부; 상기 위상차 계산부에서 계산된 3개의 값을 서로 비교하여, 그 중 가장 작은 값을 갖는 위상에 해당하는 상 전류가 흐르는 배전선로에서 누설전류가 발생한 것으로 판단하는 비교부; 를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 전원부와 부하가 3상 4 선식으로 연결된 배전선로에서 누설상을 판단하기 위한 장치는, 상기 배전선로로부터 측정된 3개의 상 전류와 중성선 전류의 벡터 합을 계산하여 합 전류를 산출하는 합 전류 산출부; 상기 합 전류 산출부로부터 산출된 합 전류의 값을 입력받아, 상기 합 전류와 상기 3개의 각 상 전류의 위상을 비교하여 합 전류의 위상과 가장 유사한 위상을 갖는 상을 누설상으로 판단하는 누설상 판단부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 전원부와 부하가 3상 3선식으로 연결된 배전선로에서 누설상을 판단하기 위한 장치는, 상기 배전선로로부터 측정된 3개의 상 전류의 벡터 합을 계산하여 합 전류를 산출하는 합 전류 산출부; 상기 합 전류 산출부로부터 산출된 합 전류의 값을 입력받아, 상기 합 전류와 상기 3개의 각 상 전류의 위상을 비교하여 합 전류의 위상과 가장 유사한 위상을 갖는 상을 누설상으로 판단하는 누설상 판단부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 부하는 평형 부하 또는 불평형 부하로 구성될 수 있으며, 상기 합 전류 산출부는 영상변류기를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 누설상 판단부는, 상기 합 전류와 상기 각각의 3개의 상 전류의 위상차의 절대값을 계산하는 위상차 계산부; 상기 위상차 계산부에서 계산된 3개의 값을 서로 비교하여, 그 중 가장 작은 값에 해당하는 상을 누설상으로 판단하는 비교부; 를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명은 3상 계통의 배전선로에서 3개의 상 전류와 중성선 전 류를 더한 합 전류와 각각의 상 전류와의 위상을 비교함으로써, 누설전류의 발생 유무만을 판단할 수 있었던 종래기술에 비해, 누설상까지 구분할 수 있어 3상 계통의 어느 선로에서 누설이 발생했는지를 신속하게 파악할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하의 상세한 설명에 의하여 보다 명확하게 이해될 것이다.
본 발명의 설명에 앞서 본 발명과 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 기술은 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
또한, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자 및 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 그러한 정의는 본 명세서 전반에 걸쳐 기재된 내용을 바탕으로 판단되어야 할 것이다.
도 1은 3상 변압기를 포함하는 3상 4선식의 저압 배전선로의 단선도를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 3상 변압기를 포함하는 저압 배전선로의 구조는 일반적으 로 3상 4선식이며 부하들이 말단에 연결되는 구조이다. 도면에서 Ia, Ib, Ic는 각각 변압기 2차 단자에서 측정되는 A상, B상, C상전류이고, In은 부하의 불평형으로 발생하는 중성선 전류(N상전류)이다. I'a, I'b, I'c는 선로를 거쳐 부하로 공급되는 A상, B상, C상 부하 전류이다.
중성선에 흐르는 전류 In은 부하 전류의 합으로 다음의 수학식 1과 같이 표현이 가능하다.
I'a + I'b + I'c = In
계통 내에 누설이 없다면 Ia, Ib, Ic는 각각 I'a, I'b, I'c와 같으므로 다음의 수학식 2가 성립한다.
Ia + Ib + Ic - In = Iz = 0
여기서 Iz는 A상, B상, C상 전류와 중성선 전류의 벡터 합을 의미하는 합 전류로, 도 1의 영상변류기에서 측정되는 전류와 같다. Iz는 영상변류기를 설치하여 측정할 수 있지만, Ia, Ib, Ic, In을 측정하고 상기 수학식 2를 이용해서 계산할 수도 있다. 상기 수학식 2는 부하의 평형/불평형에 관계없이 성립하는 식이다.
한편, 계통에서 누설이 발생하면 누설지점으로 전류가 흘러나가므로, 변압기 2차 전류와 부하 전류의 크기가 달라져 다음의 수학식 3과 같은 결과를 나타낸다.
Ia + Ib + Ic - In = Iz ≠ 0
여기서 합 전류 Iz가 곧 누설 고장 전류가 된다.
중성선이 없는 3상 3선식 배전계통에서는 다음의 식 4와 같은 결과를 나타내며, 누설이 발생했을 경우에는 3상 4선식에서와 같이 Iz가 누설 전류가 된다.
Ia + Ib + Ic = Iz ≠ 0
다음으로, 상 전류 Ia, Ib, Ic와 합 전류 Iz를 이용하여 누설이 발생한 상을 판단하는 알고리즘에 대하여 설명하기로 한다. 누설 상에 대한 검출은 합 전류의 위상과 상 전류의 위상을 비교하여 판단한다.
첫 번째 단계에서는 계통의 누설 유무를 판단하는 단계로 계산 또는 측정을 통해 얻어진 합 전류가 설정치 이상이면 누설 고장이 발생한 것으로 판단한다. 만약 A상에서 누설이 발생한 경우 합 전류 Iz에 관한 수학식 1과 수학식 2를 정리하면 다음의 수학식 5와 같다.
Iz = Ia + Ib + Ic - (I'a + I'b + I'c)
상기 식에서 Ib와 I'b, Ic와 I'c는 같지만, 누설이 발생한 A상에서는 Ia와 I'a이 같지 않으므로 다음의 수학식 6과 같이 합 전류가 표현된다. 합 전류의 크기가 설정치 이상으로 커졌을 경우 계통에 누설이 발생한 것으로 판단한다.
Iz = Ia - I'a
두 번째 단계는 합 전류 Iz와 상 전류 사이의 위상차를 고려하여 누설이 발생한 상을 찾는 단계이다.
도 2와 도 3은 각각 평형부하가 연결된 경우와 불평형 부하가 연결된 경우의 합 전류와 상전류에 대한 벡터도이다. 누설은 A상에서 발생한 것으로 가정하였다.
도 2 및 도 3에서 도시된 바과 같이, 합 전류와 상전류의 위상을 비교했을 때, 누설이 발생한 A상 전류의 위상과 합 전류의 위상이 가장 근접해 있음을 알 수 있다. 따라서 본 단계에서는 합 전류와 상전류 사이의 위상차 중 가장 작은 값을 갖는 상에서 누설이 발생한 것으로 판단한다. 각 상전류와 합 전류의 위상차는 다음의 수학식 7 내지 9로 계산한다.
θza = |∠Iz - ∠Ia|
θzb = |∠Iz - ∠Ib|
θzc = |∠Iz - ∠Ic|
도 4는 본 발명에 따른 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설전류 검출 장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 누설전류 검출 장치(100)는 합 전류 산출부(110), 누설 전류 판단부(120), 누설상 판단부(130)를 포함하여 구성된다.
합 전류 산출부(110)는, 배전선로로부터 측정된 3개의 상 전류와 중성선 전류의 벡터 합을 계산하여 합 전류를 산출한다. 이 때, 배전선로가 3상 3선식인 경우 중성선이 없으므로 상기 수학식 4에서와 같이 상 전류만의 벡터 합을 계산하여 합 전류를 산출한다. 상기 합 전류 산출부(110)는 영상변류기로 구성될 수 있다.
누설 전류 판단부(120)는, 상기 합 전류 산출부로부터 산출된 합 전류의 값을 입력받아 누설 전류의 발생 여부를 판단한다. 상술한 바와 같이 상기 누설 전류 판단부(120)는 합 전류의 크기가 설정치 이상으로 커졌을 경우에만 계통에 누설이 발생한 것으로 판단한다.
누설상 판단부(130)는, 상기 누설 전류 판단부에서 누설전류가 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 합 전류와 상기 3개의 각 상 전류의 위상을 비교하여, 합 전류의 위상과 가장 유사한 위상을 갖는 상 전류가 흐르는 배전선로에서 누설전류가 발생한 것으로 판단한다.
도 5는 본 발명에 따른 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설전류 검출 장치에서 누설상 판단부의 상세 구성을 나타낸 블럭도이다.
도시된 바와 같이, 상기 누설상 판단부(130)는, 위상차 계산부(131) 및 비교부(132)를 포함하여 구성된다.
위상차 계산부(131)는, 상기 누설 전류 판단부(120)에서 누설전류가 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 합 전류와 상기 각각의 3개의 상 전류의 위상차의 절대값을 계산한다.
비교부(132)는, 상기 위상차 계산부(131)에서 계산된 3개의 값들을 비교하여 이 중 가장 작은 값을 갖는 위상에 해당하는 상 전류가 흐르는 배전선로에서 누설전류가 발생한 것으로 판단한다.
이상과 같은 본 발명에 따른 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설상 판단 방법에 대한 테스트 결과를 다음의 도 6 내지 도 12에 나타내었다.
도 6은 본 발명을 모의하기 위하여 과도현상 해석 프로그램인 EMTP를 이용하여 구성한 계통 단선도를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 3상 전원의 용량은 10MVA이며 주상 변압기의 단상 용량은 100kVA(13200/230V)로 산정하였다. 변전소에서부터 주상 변압기까지의 거리와 주상변압기에서 부하까지의 거리를 각각 1km, 100m로 가정하였다. 22.9kV 배전선은 ACSR 160mm2, 저압 선로는 ACSR 50mm2로 실제 배전선 파라미터 값을 이용하여 모델링 하였다. 부하 용량은 역률 95%의 100kVA 이며 누설은 0.05초에 주상변압기에서 부하로 50m 지점에서 발생시켰다.
도 7 내지 도 9는 3상 평형 부하가 선로에 연결되어 있을 경우 본 발명에 따른 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설상 판단 방법에 있어서 각각 A상, B상, C상 누설에 대한 모의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 A상에서 누설이 발생한 경우의 모의 결과로서, 누설 발생 유무는 합 전류의 크기를 이용하여 판단할 수 있다. 도면에서 (a)는 합 전류(Iz)의 크기를 나타내며, (b)는 각각 A상, B상, C상 전류 및 합 전류(Iz)의 위상을 나타낸다. 그리고 (c)는 각각 θza, θzb, θzc를 나타낸다. 마지막으로 (d)는 각각 A상, B상 및 C상의 누설 유무를 나타낸다.
도 7의 (a)에서 알 수 있는 바와 같이, 합 전류(Iz)의 크기는 누설 발생 후 급격히 증가한다. 본 발명에 따른 누설상 판단 방법은 누설 전류가 설정치 이상으로 흐를 경우에 적용된다. 본 모의에서는 누설전류의 설정치를 500mA로 가정하였으며, 누설전류의 설정치는 계통 조건에 따라 적절히 변경할 수 있다.
누설 전류가 설정치 이상으로 검출되면 합 전류의 위상과 상 전류의 위상을 비교한다. 도 7의 (b)에서 보는 것과 같이 합 전류의 위상과 A상 전류의 위상이 가장 유사한 값을 가지므로, (d)에서와 같이 A상에서 누설이 발생한 것으로 정확히 판단하였다.
도 8 및 도 9는 각각 B상, C상에서 누설이 발생한 경우의 모의 결과로서, 도 5에서와 마찬가지로 B상과 C상에서의 누설도 정확히 판단 가능함을 확인할 수 있다.
도 10 내지 도 12는 3상 불평형 부하가 선로에 연결되어 있을 경우 본 발명에 따른 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설상 판단 방법에 있어서 각각 A상, B상, C상 누설에 대한 모의 결과를 나타낸 그래프이다.
본 모의에서는 A상 부하의 용량을 30% 줄여 평형 부하를 불평형 부하로 변경하고, 역률을 90%로 변화시켰을 경우의 A상, B상, C상 누설에 대한 모의 결과를 나타내었다. 모의 결과에서 알 수 있듯이 계통에 불평형 부하가 연결되어 있더라도 누설이 발생하지 않으면 측정되는 합 전류 크기는 영(zero)이다. 이후 누설이 발생하면 급격히 합 전류가 증가한다. 본 발명은 역률이 다른 불평형 부하가 연결된 계통에서도 정확이 누설이 발생한 상을 찾아내었다. A상 누설 모의에서 부하의 역률이 95%에서 90%로 변경되었으므로 θza가 17.6°에서 24.0°로 6.4° 증가했지만 여전히 θzb와 θzc에 비해 작은 값을 가지므로 정상적으로 A상을 누설 상으로 판단하였다.
이상, 본 발명의 구체적인 실시 형태에 대하여 상세하게 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서도 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 본 발명은 본 상세한 설명에 기재된 것에 한정되는 것은 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 본 발명의 권리범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 실시형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 3상 변압기를 포함하는 3상 4선식의 저압 배전선로의 단선도를 나
타낸 도면이다.
도 2는 평형부하가 연결된 경우의 합 전류와 상전류에 대한 벡터도이다.
도 3는 불평형부하가 연결된 경우의 합 전류와 상전류에 대한 벡터도이다.
도 4는 본 발명에 따른 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설전류 검출 장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 5는 본 발명에 따른 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설전류 검출 장치에서 누설상 판단부의 상세 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 6은 본 발명을 모의하기 위하여 과도현상 해석 프로그램인 EMTP를 이용하
여 구성한 계통 단선도를 나타낸 도면이다.
도 7은 3상 평형 부하가 선로에 연결되어 있을 경우 본 발명에 따른 누설상 판단 방법에 있어서 A상 누설에 대한 모의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 3상 평형 부하가 선로에 연결되어 있을 경우 본 발명에 따른 누설상 판단 방법에 있어서 B상 누설에 대한 모의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 3상 평형 부하가 선로에 연결되어 있을 경우 본 발명에 따른 누설상 판단 방법에 있어서 C상 누설에 대한 모의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 3상 불평형 부하가 선로에 연결되어 있을 경우 본 발명에 따른 누설상 판단 방법에 있어서 A상 누설에 대한 모의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11은 3상 불평형 부하가 선로에 연결되어 있을 경우 본 발명에 따른 누설 상 판단 방법에 있어서 B상 누설에 대한 모의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 12는 3상 불평형 부하가 선로에 연결되어 있을 경우 본 발명에 따른 누설상 판단 방법에 있어서 C상 누설에 대한 모의 결과를 나타낸 그래프이다.

Claims (24)

  1. 전원부와 부하가 3상 4선식으로 연결된 배전선로에서 누설전류를 검출하기 위한 방법으로서,
    상기 배전선로로부터 측정된 3개의 상 전류와 중성선 전류의 벡터 합을 계산하여 합 전류를 산출하는 제1단계;
    상기 제1단계에서 산출된 합 전류가 기 설정된 소정 수치 이상일 경우, 누설 전류가 발생한 것으로 판단하는 제2단계;
    상기 제2단계에서 누설전류가 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 합 전류와 상기 3개의 각 상 전류의 위상을 비교하여 합 전류의 위상과 가장 유사한 위상을 갖는 상 전류가 흐르는 배전선로에서 누설전류가 발생한 것으로 판단하는 제3단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설전류의 검출 방법.
  2. 전원부와 부하가 3상 3선식으로 연결된 배전선로에서 누설전류를 검출하기 위한 방법으로서,
    상기 배전선로로부터 측정된 3개의 상 전류의 벡터 합을 계산하여 합 전류를 산출하는 제1단계;
    상기 제1단계에서 산출된 합 전류가 기 설정된 소정 수치 이상일 경우, 누설 전류가 발생한 것으로 판단하는 제2단계;
    상기 제2단계에서 누설전류가 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 합 전류와 상기 3개의 각 상 전류의 위상을 비교하여 합 전류의 위상과 가장 유사한 위상을 갖는 상 전류가 흐르는 배전선로에서 누설전류가 발생한 것으로 판단하는 제3단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설전류의 검출 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 부하는 평형 부하 또는 불평형 부하인 것을 특징으로 하는 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설전류의 검출 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전원부와 상기 부하의 사이에 상기 배전선로를 모두 관통하도록 영상변류기를 더 구비하며,
    상기 제1단계는, 상기 영상변류기의 전류값을 측정하여 합 전류를 산출하는 것을 특징으로 하는 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설전류의 검출 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제3단계는,
    상기 제2단계에서 누설전류가 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 합 전류와 상기 각각의 3개의 상 전류의 위상차의 절대값을 계산하는 제3-1단계;
    상기 제3-1단계에서 계산된 3개의 값을 서로 비교하여, 그 중 가장 작은 값을 갖는 위상에 해당하는 상 전류가 흐르는 배전선로에서 누설전류가 발생한 것으로 판단하는 제3-2단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설전류의 검출 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제3단계는,
    상기 제2단계에서 누설전류가 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 합 전류와 상기 각각의 3개의 상 전류의 위상차의 절대값을 계산하는 제3-1단계;
    상기 제3-1단계에서 계산된 3개의 값을 서로 비교하여, 그 중 가장 작은 값을 갖는 위상에 해당하는 상 전류가 흐르는 배전선로에서 누설전류가 발생한 것으로 판단하는 제3-2단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누 설전류의 검출 방법.
  7. 전원부와 부하가 3상 4선식으로 연결된 배전선로에서 누설상을 판단하기 위한 방법으로서,
    상기 배전선로로부터 측정된 3개의 상 전류와 중성선 전류의 벡터 합을 계산하여 합 전류를 산출하는 제1단계;
    상기 합 전류와 상기 3개의 각 상 전류의 위상을 비교하여 합 전류의 위상과 가장 유사한 위상을 갖는 상을 누설상으로 판단하는 제2단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설상 판단 방법.
  8. 전원부와 부하가 3상 3선식으로 연결된 배전선로에서 누설상을 판단하기 위한 방법으로서,
    상기 배전선로로부터 측정된 3개의 각 상 전류의 벡터 합을 계산하여 합 전류를 산출하는 제1단계;
    상기 합 전류와 상기 3개의 상 전류의 위상을 비교하여 합 전류의 위상과 가장 유사한 위상을 갖는 상을 누설상으로 판단하는 제2단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누 설상 판단 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 부하는 평형 부하 또는 불평형 부하인 것을 특징으로 하는 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설상 판단 방법.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 전원부와 상기 부하의 사이에 상기 배전선로를 모두 관통하도록 영상변류기를 더 구비하며,
    상기 제1단계는, 상기 영상변류기의 전류값을 측정하여 합 전류를 산출하는 것을 특징으로 하는 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설상 판단 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2단계는,
    상기 합 전류와 상기 각각의 3개의 상 전류의 위상차의 절대값을 계산하는 제2-1단계;
    상기 제2-1단계에서 계산된 3개의 값을 서로 비교하여, 그 중 가장 작은 값 에 해당하는 상을 누설상으로 판단하는 제2-2단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설상 판단 방법.
  12. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제2단계는,
    상기 합 전류와 상기 각각의 3개의 상 전류의 위상차의 절대값을 계산하는 제2-1단계;
    상기 제2-1단계에서 계산된 3개의 값을 서로 비교하여, 그 중 가장 작은 값에 해당하는 상을 누설상으로 판단하는 제2-2단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설상 판단 방법.
  13. 전원부와 부하가 3상 4선식으로 연결된 배전선로에서 누설전류를 검출하기 위한 장치로서,
    상기 배전선로로부터 측정된 3개의 상 전류와 중성선 전류의 벡터 합을 계산하여 합 전류를 산출하는 합 전류 산출부;
    상기 합 전류 산출부로부터 합 전류의 값을 입력받아, 상기 합 전류가 기 설 정된 소정 수치 이상일 경우 누설 전류가 발생한 것으로 판단하는 누설 전류 판단부;
    상기 누설 전류 판단부에서 누설전류가 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 합 전류와 상기 3개의 각 상 전류의 위상을 비교하여 합 전류의 위상과 가장 유사한 위상을 갖는 상 전류가 흐르는 배전선로에서 누설전류가 발생한 것으로 판단하는 누설상 판단부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설전류 검출 장치.
  14. 전원부와 부하가 3상 3선식으로 연결된 배전선로에서 누설전류를 검출하기 위한 장치로서,
    상기 배전선로로부터 측정된 3개의 상 전류의 벡터 합을 계산하여 합 전류를 산출하는 합 전류 산출부;
    상기 합 전류 산출부로부터 합 전류의 값을 입력받아, 상기 합 전류가 기 설정된 소정 수치 이상일 경우 누설 전류가 발생한 것으로 판단하는 누설 전류 판단부;
    상기 누설 전류 판단부에서 누설전류가 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 합 전류와 상기 3개의 각 상 전류의 위상을 비교하여 합 전류의 위상과 가장 유사한 위상을 갖는 상 전류가 흐르는 배전선로에서 누설전류가 발생한 것으로 판단하 는 누설상 판단부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설전류 검출 장치.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 부하는 평형 부하 또는 불평형 부하인 것을 특징으로 하는 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설전류의 검출 장치.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 합 전류 산출부는 영상변류기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설전류의 검출 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 누설상 판단부는,
    상기 누설 전류 판단부에서 누설전류가 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 합 전류와 상기 각각의 3개의 상 전류의 위상차의 절대값을 계산하는 위상차 계산부;
    상기 위상차 계산부에서 계산된 3개의 값을 서로 비교하여, 그 중 가장 작은 값을 갖는 위상에 해당하는 상 전류가 흐르는 배전선로에서 누설전류가 발생한 것으로 판단하는 비교부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설전류의 검출 장치.
  18. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 누설상 판단부는,
    상기 누설 전류 판단부누설 전류 판단부발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 합 전류와 상기 각각의 3개의 상 전류의 위상차의 절대값을 계산하는 위상차 계산부;
    상기 위상차 계산부에서 계산된 3개의 값을 서로 비교하여, 그 중 가장 작은 값을 갖는 위상에 해당하는 상 전류가 흐르는 배전선로에서 누설전류가 발생한 것으로 판단하는 비교부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설전류의 검출 장치.
  19. 전원부와 부하가 3상 4선식으로 연결된 배전선로에서 누설상을 판단하기 위 한 장치로서,
    상기 배전선로로부터 측정된 3개의 상 전류와 중성선 전류의 벡터 합을 계산하여 합 전류를 산출하는 합 전류 산출부;
    상기 합 전류 산출부로부터 산출된 합 전류의 값을 입력받아, 상기 합 전류와 상기 3개의 각 상 전류의 위상을 비교하여 합 전류의 위상과 가장 유사한 위상을 갖는 상을 누설상으로 판단하는 누설상 판단부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설상 판단 장치.
  20. 전원부와 부하가 3상 3선식으로 연결된 배전선로에서 누설상을 판단하기 위한 장치로서,
    상기 배전선로로부터 측정된 3개의 상 전류의 벡터 합을 계산하여 합 전류를 산출하는 합 전류 산출부;
    상기 합 전류 산출부로부터 산출된 합 전류의 값을 입력받아, 상기 합 전류와 상기 3개의 각 상 전류의 위상을 비교하여 합 전류의 위상과 가장 유사한 위상을 갖는 상을 누설상으로 판단하는 누설상 판단부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설상 판단 장치.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    상기 부하는 평형 부하 또는 불평형 부하인 것을 특징으로 하는 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설상 판단 장치.
  22. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    상기 합 전류 산출부는 영상변류기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설상 판단 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 누설상 판단부는,
    상기 합 전류와 상기 각각의 3개의 상 전류의 위상차의 절대값을 계산하는 위상차 계산부;
    상기 위상차 계산부에서 계산된 3개의 값을 서로 비교하여, 그 중 가장 작은 값에 해당하는 상을 누설상으로 판단하는 비교부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설상 판단 장치.
  24. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    상기 누설상 판단부는,
    상기 합 전류와 상기 각각의 3개의 상 전류의 위상차의 절대값을 계산하는 위상차 계산부;
    상기 위상차 계산부에서 계산된 3개의 값을 서로 비교하여, 그 중 가장 작은 값에 해당하는 상을 누설상으로 판단하는 비교부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 합 전류와 상 전류의 위상비교를 이용한 누설상 판단 장치.
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