KR20090103856A - 절연감시시스템 - Google Patents

절연감시시스템

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KR20090103856A
KR20090103856A KR1020090080005A KR20090080005A KR20090103856A KR 20090103856 A KR20090103856 A KR 20090103856A KR 1020090080005 A KR1020090080005 A KR 1020090080005A KR 20090080005 A KR20090080005 A KR 20090080005A KR 20090103856 A KR20090103856 A KR 20090103856A
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Abstract

본 발명은 절연감시시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 3상 전선로에 있어서, 부하를 포함한 전선로의 절연상태 및 3상 전선로의 3개의 상중 절연상태가 가장 나쁜 상을 구별할 수 있는 절연감시시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 3상 전선로에 있어서, 부하를 포함한 전선로의 대지간에 흐르는 누설전류 또는 절연저항치를 정확하게 검출하는 것뿐만 아니라 3상(R,S,T)중 가장 불량한 상의 정보까지 판정할 수 있다.
또한 부가적으로 입력부에서 입력한 경보레벨 또는 기억부에 기억된 경보레벨과 비교하는 방법을 통해 표시부에 경보상태와 불량상 정보를 표시하거나, 원격지에 있는 원격제어장치와 통신 또는 제어할 수 있는 기능을 가진 통신부를 통해 원격지로 검출된 각종 Data 와 3상중 불량한(또는 양호한) 상 정보 또는 경보상태를 원격 감시할 수 있다.

Description

절연감시시스템{Insulation Monitoring System}
본 발명은 절연감시시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 3상 전선로에 있어서, 부하를 포함한 전선로의 절연상태 및 3상 전선로의 3개의 상중 절연상태가 가장 나쁜 상을 구별할 수 있는 절연감시시스템에 관한 것이다.
종래의 전선로의 부하를 포함한 절연상태를 감시하는 방법은 변압기의 2차측의 접지된 접지계통에 있어서 도 1과 같이 접지선(5)에 흐르는 영상전류성분을 검출하거나, 전선로의 대지간에 흐르는 누설전류를 검출하는 방법이 사용되어져 왔다. 본 발명에 있어 "전선로" 또는 "전로"는 부하를 포함한 저압전선로뿐만아니라 고압배전선로까지 포함함을 의미한다.
상기의 종래의 기술에 대해 좀 더 상세하게 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전압을 변환하기 위한 변압기(1)와 개폐기(2)와 전선로(3)를 통해 부하(4)로 상용교류전압이 공급되고 있다.
도 1에서는 변압기(1)의 2차측이 와이(Y)결선으로 되어 있고 와이결선의 중성점이 접지선(5)을 통해 2종 접지(6)에 접지되어 있고, 전선로(3)과 대지간에는 절연상태에 직접 관계되는 절연저항(9)성분의 의한 유효성분 전류(Ir)와 절연상태와는 직접 관계없지만 전선로(3)이 길거나 부하(4)의 입력단에 존재하는 노이즈필터와 같은 정전용량(8)성분에 의한 무효성분 전류(Ic)가 흐르고, 상기의 두가지 성분의 벡터합인 영상전류(I0=Ir+Ic)가 변압기의 접지선(5)를 통해 흐르게 된다. 이 영상전류(I0)성분을 변압기의 접지선(6)의 중간 또는 전선로(3)의 3상을 일괄로 통과 영상변류기(10)의 2차측에서 검출되는 누설전류값으로 절연상태를 검출하는 방법이 일반적으로 많이 사용되고 있다. 상기의 누설전류값인 영상전류(I0)값을 검출하는 방법을 사용하는 기기로는 누전차단기,누전경보기등이 있다.
상기와 같은 종래의 누설전류값인 영상전류(I0)값만으로 검출하는 방법은 3상 R,S,T상중 절연상태가 불량한 상을 구별할 수 없어, 절연불량개소(절연불량위치, 누전위치)를 찾아 보수하기 위해서는 전선로(3)을 정전시켜 메가와 같은 절연저항계로 3상 R,S,T 모두를 각각 절연체크해야 하는 시간낭비요소가 있고 또한, 3상 R,S,T상중 절연불량한 1개의 상에 대한 정보가 있으면 절연불량한 상을 집중적으로 절연불량 개소를 파악하는 데 용이할 것이다.
따라서, 3상 전선로에 있어 누설전류값인 영상전류(IO)와 같은 절연상태뿐만 아니라, 3상 R,S,T상중 절연상태가 가장 불량한 상도 함께 구별해 낼 수 있는 절연감시시템이 요구되어 왔다.
본 발명은 종래의 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 3상 전선로에 있어 부하를 포함한 전선로의 절연상태와 3상 R,S,T상중 절연상태가 가장 불량한 상에 대한 정보까지 제공할 수 있는 절연감시스템을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전선로와 대지간의 절연저항을 계산하여 표시, 경보알람 출력 및 통신부를 통한 원격제어할 수 있는 절연감시시템을 제공하는 것으로 목적으로 한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 3상 전선로의 절연상태를 감시하는 절연감시시스템은 3상 전선로의 각상의 전압성분을 검출하여 일정한 크기로 변환하고, 변환된 3상 각각의 전압성분 중 한 개의 상을 선택하고, 선택된 전압성분에서 일정한 주파수이상의 주파수 성분을 제거 또는 일정한 주파수대역의 주파수성분만 추출하는 전압검출수단; 전선로와 대지간으로 흐르는 누설전류를 검출하기 위한 영상변류기, 상기의 영상변류기에서 검출된 누설전류성분을 전압성분으로 변환하여 일정한 주파수이상의 주파수 성분을 제거 또는 상용주파수 대역의 성분만 추출하는 누설전류검출수단; 상기의 전압검출수단의 출력값과 상기의 누설전류검출수단의 출력값의 위상을 비교하는 위상비교수단; 상기의 누설전류검출수단 및 전압검출수단의 출력값의 아날로그성분을 디지털성분으로 변환하기 위한 아날로그/디지털변환부; 각종 데이터를 읽고 출력시키고 연산과 제어기능을 가진 연산제어부; 각종 데이터를 입력하고 표시하는 입출력부;을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
상기 전압검출수단은 3상 전선로의 각상의 전압성분을 검출하여 일정한 크기로 변환하는 전압검출부와, 상기의 전압검출부에서 변환된 3상 각각의 전압성분중 한개의 상을 선택하기 위한 상선택부와, 상선택부의 출력값의 성분에서 일정한 주파수이상의 주파수 성분을 제거 또는 일정한 주파수대역의 주파수성분만 추출하기 위한 전압필터부로 구성된다.
상기 누설전류검출수단은 상기의 영상변류기에서 검출된 전선로와 대지간에 흐르는 누설전류성분을 전압성분으로 변환하는 전류/전압변환부와, 상기 전류/전압변환부에서 변환된 성분을 증폭하는 증폭부와, 상기의 증폭부에서 증폭된 누설전류성분에서 일정한 주파수이상의 주파수 성분을 제거 또는 일정한 주파수대역의 주파수성분만 추출하기 위한 전류필터부로 구성된다.
상기 위상비교수단은 상기의 전압검출수단의 출력값을 파형정형하는 전압성분파형정형부와, 상기의 누설전류검출수단의 출력값을 파형정형하는 전류성분파형정형부와, 상기의 전압성분 파형정형부의 출력값에 대한 상기의 전류성분 파형정형부의 출력값의 위상차를 검출하기 위한 위상차검출부로 구성된다.
상기 전압검출부는 저항 또는 콘덴서의 직렬조합으로 구성되거나 또는 소용량 변압기와 저항 또는 콘덴서의 조합으로 구성된다.
상기 입출력부는 각종 데이터를 입력하거나 선택할 수 있는 기능을 가진 입력부와; LED 또는 부저와 같은 표시수단에 출력하는 표시부; 및 각종 데이터를 저장할 수 있는 기능을 가진 기억부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 입출력부에는 누설전류값 또는 절연저항치뿐만아니라 불량한 또는 양호한 상의 정보까지 표시할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 절연감시시스템은 외부에서 원격감시하기 위한 통신부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한, 3상 전선로에 있어서, 부하를 포함한 전선로의 대지간에 흐르는 누설전류 또는 절연저항치를 정확하게 검출하는 것뿐만 아니라 3상(R,S,T)중 가장 불량한(또는 양호한) 상의 정보까지 판정할 수 있다.
또한, 부가적으로 입력부에서 입력한 경보레벨 또는 기억부에 기억된 경보레벨과 비교하는 방법을 통해 표시부에 경보상태와 불량상 정보를 표시하거나, 원격지에 있는 원격제어장치와 통신 또는 제어할 수 있는 기능을 가진 통신부를 통해 원격지로 검출된 각종 Data 와 3상중 불량한(또는 양호한) 상의 정보 또는 경보상태를 원격 감시할 수 있다.
도 1은 종래의 절연감시시스템 회로도
도 2는 본 발명의 절연감시시스템의 제1실시예 회로도
도 3은 본 발명의 절연감시시스템의 제2실시예 회로도
도 4는 본 발명의 절연감시시스템의 제3실시예 회로도
도 5는 본 발명의 절연감시시스템의 제4실시예 회로도
도 6은 본 발명의 절연감시시스템의 제5실시예 회로도
도 7은 도3 ~ 도6에 사용되는 절연감시장치의 실시예 블럭도
도 8은 도3 ~ 도6에 사용되는 절연감시장치의 실시예 상세회로도
도 9는 도7 ~ 도8에 사용되는 절연감시장치내의 전압검출수단의 제1실시예 상세회로도
도 10은 도7 ~ 도8에 사용되는 절연감시장치내의 전압검출수단의 제2실시예 상세회로도
도 11은 도7 ~ 도8에 사용되는 절연감시장치내의 전압검출수단의 제3실시예 상세회로도
도 12는 도7 ~ 도8에 사용되는 절연감시장치내의 전압검출수단의 제4실시예 상세회로도
도 13은 도7 ~ 도8에 사용되는 절연감시장치내의 전압검출수단의 제5실시예 상세회로도
도 14는 도7 ~ 도8에 사용되는 절연감시장치내의 전류검출수단의 다른 실시예 상세회로도
도 15은 본 발명의 위상차검출설명도
도 16은 도7 ~ 도8의 실시예에 대한 동작흐름도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 변압기 2: 개폐기
3: 전선로 4: 부하
5: 접지선 6: 2종접지
7: 3종접지 8: 정전용량
9: 절연저항 10: 영상변류기
12,13,14: 전압검출선 15: 절연감시장치
30: 전압검출수단 31: 전압검출부
32: 상선택부 33: 전압필터부
40: 누설전류검출수단 41: 전류/전압변환부
42: 증폭부 43: 전류필터부
50: 위상비교수단 51: 전압성분 파형정형부
52: 전류성분 파형정형부 53: 위상차검출부
60: A/D변환부 70: 연산제어부
80: 입출력부 82: 입력부
84: 표시부 86: 기억부
90: 통신부
311: 120도이상부 312: 240도이상부
이하 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 절연감시시스템의 제1실시예 회로도이고, 도 3은 본 발명의 절연감시시스템의 제2실시예 회로도이며, 도 4는 본 발명의 절연감시시스템의 제3실시예 회로도이고, 도 5는 본 발명의 절연감시시스템의 제4실시예 회로도이고, 도 6은 본 발명의 절연감시시스템의 제5실시예 회로도이다.
도 7은 도3 ~ 도6에 사용되는 절연감시장치의 실시예 블럭도이고, 도 8은 도3 ~ 도6에 사용되는 절연감시장치의 실시예 상세회로도이다. 도 9는 도7 ~ 도8에 사용되는 절연감시장치내의 전압검출수단의 제1실시예 상세회로도이고, 도 10은 도7 ~ 도8에 사용되는 절연감시장치내의 전압검출수단의 제2실시예 상세회로도이고, 도 11은 도7 ~ 도8에 사용되는 절연감시장치내의 전압검출수단의 제3실시예 상세회로도이고, 도 12는 도7 ~ 도8에 사용되는 절연감시장치내의 전압검출수단의 제4실시예 상세회로도이고, 도 13은 도7 ~ 도8에 사용되는 절연감시장치내의 전압검출수단의 제5실시예 상세회로도이다. 도 14는 도7 ~ 도8에 사용되는 절연감시장치내의 전류검출수단의 다른 실시예 상세회로도이다. 도 15은 본 발명의 위상차검출설명도이고, 도 16은 도7 ~ 도8의 실시예에 대한 동작흐름도이다.
도 2는 변압기(1)의 2차측 결선이 와이(Y)이고, 중성점이 접지되고, 전선로(3)의 전압성분을 검출하기 위한 전압검출선(12,13,14) 3개를 사용하여 대지간의 상전압을 검출하고 있는 실시예이고, 도 3은 도 2와 거의 유사한 실시형태이지만, 변압기(1)의 2차측 결선이 델타(Δ)이고, S상이 일단접지된 실시예이다. 도 4는 도 2와 거의 유사한 실시형태이지만, 전선로(3)의 대지간의 전압성분을 검출하기 위해 전압검출선(12) 1개를 사용하고 있는 실시형태이고, 도 5는 도2와 거의 유사한 형태로 도 2에서는 중성상(이하 N상이라 칭함)이 부하측까지 포설되지 않아 N상이 영상변류기(10)를 통과하지 않는 실시예인데 반해 도 5는 N상이 부하측까지 포설되어 N상까지 영상변류기(10)를 통과한 실시예이고, 영상변류기(10)이 전선로(3)의 중간에 설치 또는 접지선(5)의 중간에도 설치하여 실시할 수 있는 것을 설명하기 위한 것이다. 도 6은 변압기(1)의 2차측 결선이 델타(Δ)이고, 비접지식방식의 실시예이다. 상기의 도 2 ~ 도 6과 같이 5가지의 실시형태를 표시하였지만, 변압기(1)의 2차측 결선의 형태와 전압검출수단의 3상을 모두 검출하거나 또는 1개의 상을 검출하여 3상으로 변환하거나 또는 도면에는 표시하지 않았지만 2개의 상을 검출하는 방식이 있을 수 있고, 선간전압을 검출하는 방식의 실시예도 있을 수 있고, 영상변류기(10)를 전선로(3)의 중간뿐만 아니라 개폐기(2)와 변압기(1)의 중간에도 설치 또는 접지선(5)의 중간에도 설치하는 실시예도 있을 수 있는 등의 여러가지 실시형태를 달리 할 수 있다.
도 7과 도 8은 도 2 내지 도 6의 절연감시장치(20)의 상세회로도이다. 도9내지 도 13은 도 7과 도 8의 절연감시장치(20)내부의 전압검출수단(30)의 상세회로도이고, 도 14는 도 7과 도 8의 절연감시장치(20)내부의 누설전류검출수단(40)의 다른 실시예의 상세회로도이고, 도 15는 본 발명의 위상차를 검출하는 방법에 대한 설명도이고, 도 16은 도7 ~ 도8의 절연감시장치(20)의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 실시예인 도2와 도 7과 도8에 대해 먼저 설명한다.
도 2에 있어서 1은 전압을 변환하기 위한 변압기로, 개폐기(2)를 통하여 전선로(3)에 전력을 공급한다. 5는 안전을 위하여 변압기(1)의 중성점을 접지(6)에 연결하기 위한 접지선이다. 변압기의 접지는 일반적으로 2종접지(6)을 실시하고 있고, 부하측은 3종접지(7)를 실시하고 있다. 향후 2종, 3종 접지를 구분하지 않고 공통접지로 변경될 가능성이 많다. 한편 개폐기(2) 및 3상 전선로(3)를 통해 부하(4)로 전력이 공급되고 있는 상태에서 부하(4)를 포함한 전선로(3)와 대지간에는 3상중 하나의 상에서 절연열화가 발생하면 절연저항(9)의 절연저항치가 낮아지고, 이 절연저항(9)를 통하여 대지로 전압과 동위상의 유효분 누설전류(Ir)가 흐른다. 그리고 3상 전선로(3)의 길이가 길거나 부하(4)의 입력단에 존재하는 노이즈필터와 같은 성분에 의해 전선로(3)의 3상 각 상과 대지간에 정전용량(8)이 존재하게 된다. 이 정전용량(8)은 절연상태와는 직접 관계되지 않지만, 정전용량(8)은 교류성분전압에서는 전류가 흐르므로 상기의 정전용량(8)을 통하여 대지로 전압과 90도 위상차를 가진 무효분 누설전류(Ic)가 흐른다. 일반적으로 소규모의 전선로계통에서는 대지간에 정전용량(8)이 평형되어 있고, 정전용량(8)이 불평형되어 있어도 매우 작은 불평형상태이므로 3상종합 접지선(5)으로 흐르는 무효분 누설전류(Ic)는 매우 작은 값이 된다. 상기의 유효분 누설전류(Ir)과 무효분 누설전류(Ic)는 벡터합(Ir+Ic=I0)으로 대지를 통하여 접지선(5)과 변압기(1)과 개폐기(2)와 전선로(3)으로 누설전류흐름 회로가 이루어지며, 상기의 영상전류(I0)성분을 검출하면 부하(4)를 포함한 전선로(3)의 대지간의 절연상태를 알 수 있지만, 3상중 어느 상이 절연불량된 것을 알 지 못하므로, 영상누설전류(I0)의 성분이 3상중 어느 상의 대지간의 상전압과 위상에 가까운 지를 알 면 절연열화된 상을 구별해 낼 수 있다.
상기의 영상누설전류(I0)성분을 검출하기 위해 ZCT와 같은 영상변류기(10)를 사용하고, 또한 전선로(3)의 대지간 전압을 검출하기 위해 전압검출선(12,13,14)를 사용한다. 상기의 전압검출선(12,13,14)이 도 7에 상세하게 도시되어 있는 절연감시장치(20)의 전압검출수단(30)에 연결되고, 상기의 영상변류기(10)의 2차측은 도 7의 절연감시장치(20)의 누설전류검출수단(40)에 연결된다.
도 7은 도 2 ~ 도 6에 사용되는 절연감시장치(20)의 실시예 블럭도이다.
본 발명의 절연감시장치(20)은 전선로(3)의 3상 각 상의 대지간의 상전압을 검출하여 일정한 크기로 변환하는 전압검출수단(30)과; 부하를 포함한 전선로(3)의 대지로 흐르는 누설전류에 해당하는 영상전류(I0)를 검출하기 위한 영상변류기(10)의 2차측의 전류성분을 전압성분으로 변환하여 일정 주파수이상의 주파수성분을 제거 또는 상용주파수 대역의 성분만 추출하는 누설전류검출수단(40)과; 상기의 전압검출수단(30)의 출력값과 상기의 누설전류검출수단(40)의 출력값의 위상을 비교하는 위상비교수단(50)과; 상기의 누설전류검출수단(50) 및 상기의 전압검출수단(30)의 아날로그 성분을 디지털 성분으로 변환하기 위한 아날로그/디지털변환부(60)와; 각종 데이터를 읽고 출력시키고 연산과 제어기능을 가진 연산제어부(70)와; 각종 데이터를 입력하고 표시하는 입출력부(80); 및 외부에서 원격감시하기 위한 통신부(90)를 포함하여 구성된다.
도 8에 의하면, 전선로(3)의 전압성분을 검출하기 위한 전압검출수단(30)은 전압검출선(12,13,14)에 의해 검출된 전압성분을 일정한 크기로 변환하기 위한 전압검출부(31)와, 상기 전압검출부(31)에서 변환된 3상의 각상의 전압성분을 상기의 연산제어부(70)에서 제어되는 RST제어신호에 의해 각상별 전압성분을 선택하기 위한 상선택부(32)와, 상기 상선택부(32)에서 선택된 상의 전압성분에서 일정 주파수이상의 주파수성분을 제거 또는 상용주파수 대역의 성분만 추출하기 위한 전압필터부(33)으로 구성되고, 상기 누설전류검출수단(40)은 영상변류기(10)의 2차측에 의해 검출되어진 전선로(3)와 대지간에 흐르는 누설전류성분을 전압성분으로 변환하기 위한 전류/전압변환부(41)와, 상기 전류/전압변환부(41)에서 변환된 누설전류성분을 증폭하기 위한 증폭부(42)와, 상기 증폭부(42)에서 증폭되어진 누설전류성분을 일정한 주파수이상의 주파수성분을 제거 또는 상용주파수 대역의 성분만 추출하기 위한 전류필터부(43)으로 구성되고, 상기 위상비교수단(50)은 상기의 전압검출수단(30)에서 검출되어진 전선로(3)의 전압성분을 파형정형하기 위한 전압성분파형정형부(51)와, 상기의 누설전류검출수단(40)에서 검출되어진 누설전류성분을 파형정형하기 위한 전류성분파형정형부(52)와, 상기의 전압성분파형정형부(51)에서 파형정형된 전선로(3)의 전압성분에 대한 상기의 전류성분파형정형부(52)에서 파형정형된 누설전류성분의 위상차를 검출하기위한 위상차검출부(53)로 구성되고, 상기의 입출력부(80)은 각종 데이터를 입력하거나 선택할 수 있는 기능을 가진 입력부(82)와, LED 또는 부저와 같은 표시수단에 출력하는 표시부(84) 및 각종 데이터를 저장할 수 있는 기능을 가진 기억부(86)로 구성된다.
다음에 설명할 절연감시장치(20)의 실시예 상세회로도인 도 8과 절연감시장치(20)의 동작흐름도인 도 16에 대해 상세하게 설명하기 전에 전압검출수단(30)의 실시예 상세회로도인 도 9 ~ 도 13에 대해 먼저 설명한다.
도 9는 상기의 전압검출수단(30)의 제1실시예의 상세회로도로,전압검출선(12,13,14) 3개를 사용하여 전선로(3)의 대지간 상전압을 검출하기 위해 각 상마다 2개의 저항 즉, 총 6개의 저항을 사용하여 절연감시장치(20)에서 사용할 수 있는 전압으로 낮추는 실시예이다. 전선로(3)의 상전압이 220V라고 가정할 경우 220V는 절연감시장치(20)에서 사용하기는 너무 높은 전압이기때문에 절연감시장치(20)의 전압필터부(33)에서 읽을 수 있고, 절연감시장치(20)의 전원전압보다 낮은 전압으로 낮추는 것이 좋으므로, R상전압은 R1r과 R2r에 의해 분배되어 R2r에 걸리는 전압이 절연감시장치(20)에서 검출되는 R상의 상전압성분이 되고, S상전압은 R1s과 R2s에 의해 분배되어 R2s에 걸리는 전압이 절연감시장치(20)에서 검출되는 S상의 상전압성분이 되고, T상전압은 R1t와 R2t에 의해 분배되어 R2t에 걸리는 전압이 절연감시장치(20)에서 검출되는 T상의 상전압성분되도록 하기 위한 전압검출부(31)로 구성되고,상기의 전압검출부(31)의 R상의 상전압성분이 나타나는 a점과 S상의 상전압성분이 나타나는 b점과 T상의 상전압성분이 나타나는 c점을 상기의 연산제어부(70)에서 제어되는 RST제어신호에 의해 R상전압을 검출하려는 경우는 a점을, S상전압을 검출하려는 경우는 b점을, T상전압을 검출하려는 경우는 c점을 선택할 수 있는 기능을 가진 상선택부(32)에 의해 선택되어진 상의 전압성분(Va)을 전압필터부(33)에 의해 일정 주파수이상의 주파수성분을 제거 또는 상용주파수 대역의 주파수만 추출하기 위한 전압필터부(33)를 통해 전압성분(Vf)를 추출한다.
도 10은 상기의 전압검출수단(30)의 제2실시예의 상세회로도로,전압검출선(12,13,14) 3개를 사용하여 전선로(3)의 대지간 상전압을 검출하기 위해 각 상마다 1개의 저항 즉, 3개의 저항과 공통으로 저항1개 총4개의 저항을 사용하여 절연감시장치(20)에서 사용할 수 있는 전압으로 낮추는 실시예이다. 상기의 전압검출수단(30)의 제1실시예인 도 9에서는 a,b,c점에 해당하는 각상의 상전압이 나타나고 있는 실시형태이지만, 도 10에서는 상선택부(32)의 sw1이 선택되어지는 상의 전압만 R2저항에 전압성분이 나타나는 것이 차이점이다.
도 11은 전압검출수단(30)의 제3실시예의 상세회로도로, 전압검출선(12,13,14) 3개를 사용하여 전선로(3)의 대지간 상전압을 일정한 전압으로 낮추기 위해 전압검출부(31)에 상기의 도9의 R1r,R1s,R1t의 3개의 저항대신에 소용량의 변압기(TR)을 사용하고 있다는 점이 상기의 제1실시예와 다르고 나머지 사항은 제1실시예와 유사하다.
도 12는 전압검출수단(30)의 제4실시예의 상세회로도로, 상기의 제1실시예인 도 9에서는 6개의 저항을 사용하고 있는 것과 달리 본 제4실시예인 도 12에서는 6개의 콘덴서(C1r,C1s,C1t,C2r,C2s,C2t)를 사용하여 각상의 상전압을 검출하고 있는 점이 차이가 있고, 나머지 상기의 상선택부(32)와 상기의 전압필터부(33)는 제1실시예와 동일하다.
도 13은 전압검출수단(30)의 제5실시예의 상세회로도로, 상기의 도 9 ~ 도 11에서는 전압검출선을 3개 사용하여 3상 각각의 상전압을 일정한 크기의 전압치로 낮추는 전압검출부(31)로 구성되어 있는 반면, 본 실시예인 도 13에서는 1개의 전압검출선(12)를 사용하여 저항 2개(R1,R2)로 전압을 일정한 크기로 낮추고, 나머지 상의 전압성분은 120도이상부(311)에 의해 상기의 R2에 나타나는 전압성분의 위상을 120도 쉬프트시키고, 또다른 나머지 상의 전압성분은 240도이상부(312)에 의해 상기 R2에 나타나는 전압성분의 위상을 240도 쉬프트시켜 a,b,c점에 3상 각각의 상전압성분이 나타나도록 구성하고 있다. 나머지 상기의 상선택부(32)와 전압필터부(33)는 제1실시예와 동일하다.
참고로 본 실시예인 도 13에서는 전압검출선(12)를 사용하여 R상의 전압을 검출하고 120도이상부(311)를 사용하여 S상의 전압을 검출하고 240도이상부(312)를 사용하여 T상의 전압을 검출하고 있으나, 전압검출선(13)를 사용하는 실시예도 있을 수 있고, 전압검출선(14)를 사용하는 실시예도 있을 수 있다.
그리고, 전압검출수단(30)의 전압검출부(31)의 구성을 도 11의 3개의 저항(R2r,R2s,R2t)대신에 3개의 콘덴서로 대치하는 실시예 또는 1개의 저항 또는 1개의 콘덴서만을 사용하는 실시예도 있을 수 있고, 도 12의 6개의 콘덴서중 하단의 3개의 콘덴서(C2r,C2s,C2t)대신에 3개의 저항으로 대치하는 실시예 또는 1개의 콘덴서 또는 1개의 저항을 사용하는 실시예도 있을 수 있고, 도 13의 2개의 저항대신에 2개의 콘덴서로 대치하는 실시예도 있을 수 있고, 또한 1개의 저항과 1개의 콘덴서를 사용하는 실시예도 있을 수 있고, 120도이상부(311)과 240도이상부(312)대신에 120도이상부(311)와 위상을 -120도 쉬프트시키는 실시예가 있을 수 있고, 120도이상부(311)을 2개 사용하는 실시예도 있을 수 있다.
이하, 절연감시장치(20)의 실시예인 도 8과 절연감시장치(20)의 동작흐름도인 도 16에 대해 상세하게 설명한다.
도 8에 도시된 바와 같이 절연감시장치(20)의 기억부(86)에 저장된 주요 흐름에서 키패드나 스위치와 같은 부품으로 절연감시장치(20)에서 사용되어지는 각종 Data 예를 들면 복수개의 절연감시장치(20)가 설치되어 있는 경우에는 각 절연감시장치(20)별의 번호Address,경보설정치, 각 구성요소별 증폭율 등과 같은 Data를 설정할 수 있는 기능을 가진 입력부(82)에서의 각종 데이터설정(100)이 실행된다. 다음에 상기의 입력부(82)에 의해 설정된 각종 Data 또는 기억부(86)에 미리 저장되어 진 각종Data 또는 외부 원격지에서 통신부(90)를 통해 입력되어지는 각종 Data를 읽는 각종 데이터읽음(110)의 동작이 실행되고, 상기의 도 2 ~ 도 6의 절연감시시스템의 실시예의 영상변류기(10)의 1차측에 흐르는 누설전류값인 영상전류(IO)가 상기의 영상변류기(10)의 2차측에서 검출되어지는 누설전류성분과, 전압검출선(12,13,14)에 의해 전선로(3)의 3상 각상의 전압성분이 절연감시장치(20)로 입력되어 지고 있는 상태에서 R상의 Vf,If,θ읽음&저장(120)이 실행되면, 상기의 전압검출선(12,13,14)에 의해 입력되어진 3상 각상의 전압성분이 앞서 설명한 전압검출수단(30)의 제1실시예(도 9) ~ 제5실시예(도 13)와 같이 전압검출부(31)에서 절연감시장치(20)에서 사용가능한 전압으로 분할된 상태에서, 상기의 연산제어부(70)에서 상기의 상선택부(32)의 sw1를 a점으로 연결선택하라는 RST제어신호를 보내고, 상기의 상선택부(32)의 sw1이 a점으로 연결되어지면 R상에 해당하는 전압성분(Va)가 상기의 전압필터부(33)으로 입력된다.
상기의 전압필터부(33)으로 입력되어진 R상의 전압성분(Va)은 여러가지 주파수가 혼합된 성분이므로 상기의 전압필터부(33)에서 일정한 주파수(예를 들면 상용주파수)보다 높은 주파수의 성분을 제거하거나 또는 일정한 주파수대역(예를 들면 상용주파수 대역)의 성분만 추출한 전압성분(Vf)를 전압성분파형정형부(51)와 아날로그/디지털변환부(60)로 출력한다.
그리고, 앞에서 설명한 바와 같이 영상변류기(10)의 1차측에 흐르는 누설전류값인 영상전류(IO)가 상기의 영상변류기(10)의 2차측에서 검출되어 누설전류검출수단(40)으로 입력되어진 누설전류성분은 전류를 전압으로 변환하는 전류/전압변환부(41)에서 전압성분(Ia)으로 변환되어지고, 상기의 변환된 전압성분을 증폭부(42)에서 증폭하고, 상기의 증폭부(42)에서 증폭되어진 누설전류에 해당하는 전압성분을 전류필터부(43)에서 일정한 주파수(예를 들면 상용주파수)보다 높은 주파수성분을 제거하거나 또는 일정한 주파수대역(예를 들면 상용주파수)의 성분만 추출한 누설전류에 해당하는 전압성분(If)을 전류성분파형정형부(52)와 아날로그/디지털변환부(60)로 출력한다.
상기에서 아날로그/디지털변환부(60)로 입력된 전압성분(Vf)와, 영상전류(IO) 즉 누설전류에 해당하는 전압성분(If)값을 디지털값으로 변환하여 연산제어부(70)에서 읽고 Vf값은 Vf_R값으로, If값은 If_R값으로 기억부(86)에 저장한다.
한편 상기에서 전압성분파형정형부(51)로 입력된 전압성분(Vf)와 전류성분파형정형부(52)로 입력된 누설전류에 해당하는 전압성분(If)은 도 15에 도시된 바와 같이 각각의 전압성분파형정형부(51)에서는 R상의 상전압에 해당하는 전압성분(Vf)의 제로점을 비교하여 제로점보다 크면 High의 디지털값으로 제로점보다 작으면 Low의 디지털값으로 변환한 디지털값전압성분(V1)은 위상차검출부(53)로 출력하고, 전류성분파형정형부(52)에서는 누설전류에 해당하는 전압성분(If)의 제로점을 비교하여 제로점보다 크면 High의 디지털값으로 제로점보다 작으면 Low의 디지털값으로 변환한 디지털값누설전류성분(I1)은 위상차검출부(53)으로 출력한다. 상기에서 위상차검출부(53)로 출력되어진 디지털값전압성분(V1)과 디지털값누설전류성분(I1)은 위상차검출부(53)에서 도 15에 도시된 바와 같이 R상의 전압성분에 해당하는 디지털값전압성분(V1)이 Low에서 High로 변하는 시간을 기준으로 디지털값누설전류성분(I1)이 Low에서 High로 변하는 시간 또는 디지털값전압성분(V1)이 High에서 Low로 변하는 시간을 기준으로 디지털값누설전류성분(I1)이 High에서 Low로 변하는 시간에 해당하는 위상차(θ)를 검출하여 상기의 연산제어부(70)로 출력한다.
상기 연산제어부(70)로 입력된 R상의 위상차(θ)는 연산제어부(70)에서 읽고 θ값을 θ_R값으로 기억부(86)에 저장한다.
다음에 도 16의 S상의 Vf,If,θ읽음&저장(130)이 실행되면, 상기의 연산제어부(70)에서 상기의 상선택부(32)의 sw1를 b점으로 연결선택하라는 RST제어신호를 보내고, 상기의 상선택부(32)의 sw1이 b점으로 변경되어 연결되어지면 S상에 해당하는 전압성분(Va)가 상기의 전압필터부(33)으로 입력된다.
상기의 전압필터부(33)으로 입력되어진 S상의 전압성분(Va)은 여러가지 주파수가 혼합된 성분이므로 상기의 전압필터부(33)에서 일정한 주파수(예를 들면 상용주파수)보다 높은 주파수의 성분을 제거하거나 또는 일정한 주파수대역(예를 들면 상용주파수 대역)의 성분만 추출한 전압성분(Vf)를 전압성분파형정형부(51)와 아날로그/디지털변환부(60)로 출력한다.
그리고, 앞에서 설명한 바와 같이 영상변류기(10)의 1차측에 흐르는 누설전류값인 영상전류(IO)는 상기의 영상변류기(10)의 2차측에서 검출되어 지고 있으므로, 상기의 영상변류기(10)의 2차측에 의해 누설전류검출수단(40)으로 입력되어진 누설전류성분은 전류를 전압으로 변환하는 전류/전압변환부(41)에서 전압성분(Ia)으로 변환되어지고, 상기의 변환된 전압성분을 증폭부(42)에서 증폭하고, 상기의 증폭부(42)에서 증폭되어진 누설전류에 해당하는 전압성분을 전류필터부(43)에서 일정한 주파수(예를 들면 상용주파수)보다 높은 주파수성분을 제거하거나 또는 일정한 주파수대역(예를 들면 상용주파수)의 성분만 추출한 누설전류에 해당하는 전압성분(If)을 전류성분파형정형부(52)와 아날로그/디지털변환부(60)로 출력한다.
상기에서 아날로그/디지털변환부(60)로 입력된 전압성분(Vf)와 영상전류(IO)즉 누설전류에 해당하는 전압성분(If)값을 디지털값으로 변환하여 연산제어부(70)에서 읽고 Vf값은 Vf_S값으로, If값은 If_S값으로 기억부(86)에 저장한다.
한편 상기에서 전압성분파형정형부(51)로 입력된 전압성분(Vf)와 전류성분파형정형부(52)로 입력된 누설전류에 해당하는 전압성분(If)은 도 15에 도시된 바와 같이 각각의 전압성분파형정형부(51)에서는 S상의 상전압에 해당하는 전압성분(Vf)의 제로점을 비교하여 제로점보다 크면 High의 디지털값으로 제로점보다 작으면 Low의 디지털값으로 변환한 디지털값전압성분(V1)은 위상차검출부(53)로 출력하고, 전류성분파형정형부(52)에서는 누설전류에 해당하는 전압성분(If)의 제로점을 비교하여 제로점보다 크면 High의 디지털값으로 제로점보다 작으면 Low의 디지털값으로 변환한 디지털값누설전류성분(I1)은 위상차검출부(53)으로 출력한다. 상기에서 위상차검출부(53)로 출력되어진 디지털값전압성분(V1)과 디지털값누설전류성분(I1)은 위상차검출부(53)에서 도 15에 도시된 바와 같이 S상의 전압성분에 해당하는 디지털값전압성분(V1)이 Low에서 High로 변하는 시간을 기준으로 디지털값누설전류성분(I1)이 Low에서 High로 변하는 시간 또는 디지털값전압성분(V1)이 High에서 Low로 변하는 시간을 기준으로 디지털값누설전류성분(I1)이 High에서 Low로 변하는 시간에 해당하는 위상차(θ)를 검출하여 상기의 연산제어부(70)로 출력한다.
상기 연산제어부(70)로 입력된 S상의 위상차(θ)는 연산제어부(70)에서 읽고 θ값을 θ_S값으로 기억부(86)에 저장한다.
다음에 도 16의 T상의 Vf,If,θ읽음&저장(140)이 실행되면, 상기의 연산제어부(70)에서 상기의 상선택부(32)의 sw1를 c점으로 연결선택하라는 RST제어신호를 보내고, 상기의 상선택부(32)의 sw1이 c점으로 변경되어 연결되어지면 T상에 해당하는 전압성분(Va)가 상기의 전압필터부(33)으로 입력된다.
상기의 전압필터부(33)으로 입력되어진 T상의 전압성분(Va)은 여러가지 주파수가 혼합된 성분이므로 상기의 전압필터부(33)에서 일정한 주파수(예를 들면 상용주파수)보다 높은 주파수의 성분을 제거하거나 또는 일정한 주파수대역(예를 들면 상용주파수 대역)의 성분만 추출한 전압성분(Vf)를 전압성분파형정형부(51)와 아날로그/디지털변환부(60)로 출력한다.
그리고, 앞에서 설명한 바와 같이 영상변류기(10)를 통해 누설전류검출수단(40)으로 입력되어진 누설전류성분은 전류를 전압으로 변환하는 전류/전압변환부(41)에서 전압성분(Ia)으로 변환되어지고, 상기의 변환된 전압성분을 증폭부(42)에서 증폭하고, 상기의 증폭부(42)에서 증폭되어진 누설전류에 해당하는 전압성분을 전류필터부(43)에서 일정한 주파수(예를 들면 상용주파수)보다 높은 주파수성분을 제거하거나 또는 일정한 주파수대역(예를 들면 상용주파수)의 성분만 추출한 누설전류에 해당하는 전압성분(If)을 전류성분파형정형부(52)와 아날로그/디지털변환부(60)로 출력한다.
상기에서 아날로그/디지털변환부(60)로 입력된 전압성분(Vf)와 누설전류에 해당하는 전압성분(If)값을 디지털값으로 변환하여 연산제어부(70)에서 읽고 Vf값은 Vf_T값으로, If값은 If_T값으로 기억부(86)에 저장한다.
한편 상기에서 전압성분파형정형부(51)로 입력된 전압성분(Vf)와 전류성분파형정형부(52)로 입력된 누설전류에 해당하는 전압성분(If)은 도 15에 도시된 바와 같이 각각의 전압성분파형정형부(51)에서는 T상의 상전압에 해당하는 전압성분(Vf)의 제로점을 비교하여 제로점보다 크면 High의 디지털값으로 제로점보다 작으면 Low의 디지털값으로 변환한 디지털값전압성분(V1)은 위상차검출부(53)로 출력하고, 전류성분파형정형부(52)에서는 누설전류에 해당하는 전압성분(If)의 제로점을 비교하여 제로점보다 크면 High의 디지털값으로 제로점보다 작으면 Low의 디지털값으로 변환한 디지털값누설전류성분(I1)은 위상차검출부(53)으로 출력한다. 상기에서 위상차검출부(53)로 출력되어진 디지털값전압성분(V1)과 디지털값누설전류성분(I1)은 위상차검출부(53)에서 도 15에 도시된 바와 같이 T상의 전압성분에 해당하는 디지털값전압성분(V1)이 Low에서 High로 변하는 시간을 기준으로 디지털값누설전류성분(I1)이 Low에서 High로 변하는 시간 또는 디지털값전압성분(V1)이 High에서 Low로 변하는 시간을 기준으로 디지털값누설전류성분(I1)이 High에서 Low로 변하는 시간에 해당하는 위상차(θ)를 검출하여 상기의 연산제어부(70)로 출력한다.
상기 연산제어부(70)로 입력된 T상의 위상차(θ)는 연산제어부(70)에서 읽고 θ값을 θ_T값으로 기억부(86)에 저장한다.
다음에 도 16의 위상차비교판정(150)이 실행되면 상기의 연산제어부(70)에서 상기에서 기억부(86)에 저장된 위상차값(θ_R,θ_S,θ_T)중 가장 작은 값을 비교하여 R,S,T상중 위상차가 가장 작은 상이 절연불량된 상으로 판정하고 기억부(86)에 가장 절연불량한 상의 정보를 저장한다.그리고, 위상차가 가장 큰 상 순서대로 판정하면 절연이 가장 양호한 상의 순서대로 판정할 수도 있다.
다음에 도 16의 계산&출력(160)이 실행되면 다음과 같이 계산되고 다음 계산식에 사용되는 증폭율 또는 이득(gain)에 대한 정의는 다음과 같고, 이 값들은 상기의 입력부(82)에서 설정되거나 또는 미리 기억부(86)에 저장된 값들이다.
A1: 전압검출부(31)의 증폭관련 계수
A2: 전압용필터부(32)의 증폭관련 계수
B1: 영상변류기(10)의 1차/2차권수비율에 관한 증폭관련 계수
B2: 전류/전압변환부(41)의 증폭관련계수
B3: 증폭부(42)의 증폭관련 계수
B4: 전류필터부(43)의 증폭관련 계수
I0: 부하를 포함한 전선로(3)의 대지로 흐르는 누설전류
V60: 상용주파수(50Hz 또는 60Hz)의 상전압
그리고 아날로그/디지털변환부(60)의 변환관련 증폭계수는 1로 한다.
단, If=(If_R+If_S+If_T)/3
단, Vf=(Vf_R+Vf_S+Vf_T)/3
상기의 식1과 식2에서 계산된 누설전류 및 상전압을 사용하여 전선로(3)와 대지간에 절연저항(9)의 값을 다음 식 3과 같이 계산할 수 있다.
상기의 수학식1 ~ 수학식3과 같이 부하(4)를 포함한 전선로(3)과 대지간의 절연상태에 해당하는 누설전류(I0) 또는 전선로(3)의 상용전압에 대한 절연저항(R)값뿐만아니라 상기의 위상차비교판정(150)에서 판정한 가장 절연이 불량한(또는 양호한) 상의 정보까지 FND 또는 LCD와 같은 종류의 표시수단에 나타내거나 LED 또는 부저와 같은 표시수단에 출력하는 표시부(84)에 절연상태뿐만 아니라 가장 절연 불량한(또는 양호한) 상의 정보까지 나타낼 수 있다.
또한, 스위치나 키패드와 같은 종류의 수단을 이용하여 각종 Data를 입력하거나 선택할 수 있는 기능을 가진 입력부(82)를 사용하여 상기의 누설전류성분 및 절연저항치를 선택적으로 표시부(84)에 표시하거나, 상기의 입력부(82)에서 입력한 경보레벨 또는 상기의 기억부(86)에 기억된 경보레벨과 비교하는 방법을 통해 경보레벨보다 크거나(누설전류) 또는 작으면(절연저항) 표시부(84)에 경보상태를 표시할 수 있고, 또는 통신부(90)를 통해 상기에서 계산된 각종 Data와 가장 절연 불량한(또는 양호한) 상의 정보나 경보알람을 출력시킬 수 있다.
다음에 누설전류검출수단(40)의 또 다른 실시예인 도 14에 대해 설명한다.
앞에서 설명한 도 8에서 영상변류기(10)를 통하여 검출된 누설전류성분을 전류/전압변환부(41)에서 전압성분으로 변환한 후 증폭기(42)에서 증폭하고 전류필터부(43)에서 필터링하는 순서로 구성된 반면에, 본 실시예인 도 14에서는 영상변류기(10)을 통해 검출된 누설전류성분을 전류/전압변환부(41)에서 전압성분으로 변환한 후 먼저 전류필터부(43)에서 필터링한 후 증폭부(42)에서 증폭하는 순서로 구성되는 차이가 있다.
그리고 본 발명의 실시예에서는 누설전류를 검출하기 위해 전류/전압변환부(41)를 절연감시장치(20)의 내부구성으로 이루어져 있으나, 영상변류기(10)의 2차측에 저항과 같은 전자부품소자를 직접 연결하면 절연감시장치(20)의 전류/전압변환부(41)의 기능을 가진 부품을 절연감시장치(20)의 외부에 구성하는 실시예도 있을 수 있고, 전류/전압변환부(41)의 기능을 가진 증폭부(42)를 구성하는 실시예도 있을 수 있다. 그리고 전압성분을 검출하기 위한 전압검출수단(30)의 실시예에 대해 앞서 설명한 바와 같이 여러가지 실시형태의 실시예가 있을 수 있고, 본 발명의 실시예에서는 전압검출수단(30)를 절연감시장치(20)의 내부구성으로 이루어져 있으나 전압검출수단(30)의 기능을 가진 부분의 전체 또는 일부분을 절연감시장치(20)의 외부에 구성하는 실시예도 있을 수 있고, 상선택부를 사용하지 않고 3상 3개의 전압필터부와 3개의 전압성분파형정형부를 구성하는 실시예도 있을 수 있는 등의 본 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 여러가지로 본 발명에 관련된 업무에 종사하고 있는 기술자라면 쉽게 응용할 수 있음은 명백하다.

Claims (3)

  1. 3상 전선로의 절연상태를 감시하는 절연감시시스템에 있어서,
    3상 전선로의 각상의 전압성분을 검출하여 일정한 크기로 변환하고, 상기 변환된 3상 각각의 전압성분 중 한 개의 상을 선택하고, 상기 선택된 전압성분에서 일정한 주파수이상의 주파수 성분을 제거 또는 일정한 주파수대역의 주파수성분만 추출하는 전압검출수단;
    전선로와 대지간으로 흐르는 누설전류를 검출하기 위한 영상변류기;
    상기의 영상변류기에서 검출된 누설전류성분을 전압성분으로 변환하여 일정한 주파수이상의 주파수 성분을 제거 또는 상용주파수 대역의 성분만 추출하는 누설전류검출수단;
    상기의 전압검출수단의 출력값과 상기의 누설전류검출수단의 출력값의 위상을 비교하는 위상비교수단;
    상기의 누설전류검출수단 및 전압검출수단의 출력값의 아날로그성분을 디지털성분으로 변환하기 위한 아날로그/디지털변환부;
    누설전류 데이터 또는 절연저항치의 데이터 및 알람(경보) 데이터에 해당하는 정보 데이터를 읽고 출력시키며 연산과 제어기능을 가진 연산제어부;
    상기 정보 데이터를 입력하고 표시하는 입출력부; 및
    상기 연산제어부와 통신을 수행하되, 외부에서 원격감시하기 위한 통신부;
    를 포함하는 절연감시시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입출력부는,
    상기 정보 데이터를 입력하거나 선택할 수 있는 기능을 가진 입력부;
    LED 또는 부저와 같은 표시수단에 출력하는 표시부; 및
    상기 정보 데이터를 저장할 수 있는 기능을 가진 기억부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연감시시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 입출력부는 전선로와 대지간에 흐르는 누설전류값 또는 절연저항치와, 절연이 불량하거나 또는 양호한 상의 정보를 함께 표시하는 것을 특징으로 하는 절연감시시스템.
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