KR20120134140A

KR20120134140A - 절연 열화 진단 장치

Info

Publication number: KR20120134140A
Application number: KR1020127026710A
Authority: KR
Inventors: 요시마사 와타나베; 요시하루 가네다; 히로시 니시자와; 도루 오카
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2010-04-14
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2012-12-11
Also published as: JP5414890B2; TWI432747B; CN102812369B; DE112011101326B4; US20120319699A1; KR101434079B1; JPWO2011129218A1; DE112011101326T5; WO2011129218A1; US9030210B2; TW201205096A; CN102812369A

Abstract

본 발명은, 인버터 장치와 인버터 구동되는 부하 기기 사이에 접속된 전로(電路)의 절연 열화를 진단하는 장치에 관하는 것으로, 환상의 자성체 코어, 상기 자성체 코어에 권회된 여자 코일, 및 상기 자성체 코어에 권회된 검출 코일을 갖고, 전로의 0상(零相) 전류를 검출하기 위한 0상 변류기와, 부하 기기의 구동 주파수 fd의 2배 이상의 주파수를 가진 교류 전류를 여자 코일에 공급하며, 자성체 코어를 여자시키기 위한 여자 제어 회로와, 검출 코일의 출력 신호로부터, 구동 주파수 fd와 같은 주파수 성분을 추출하기 위한 동기 검파 회로 등으로 구성된다.
이러한 구성에 의해, 인버터 구동되는 부하 기기로부터 누설하는 전류를 넓은 주파수에 걸쳐서 고정밀도로 계측할 수 있다.

Description

절연 열화 진단 장치{INSULATION DETERIORATION DIAGNOSIS DEVICE}

본 발명은 인버터 장치와 인버터 구동되는 부하 기기 사이에 접속된 전로(電路)로부터 누설하는 전류를 검출하여, 절연 열화 진단을 실시하는 절연 열화 진단 장치에 관한 것이다.

인버터 구동되는 부하 기기로는, 전동기, 무정전 전원 장치(UPS: Uninterruptible Power Supply), 전자 조리기, 그리고 조명 등을 들 수 있지만, 어느 기기나 경년 열화에 의해 절연 열화를 발생시킨다. 예컨대, 반송기 등에 이용되는 전동기에 있어서는, 전동기와 연결된 작업대의 빈번한 이동에 따라, 급전하기 위한 도체 케이블에 마찰, 뒤틀림, 신축이 발생해서 도체 피막이 손상되는 경우가 있으며, 또한 절삭 가공기 등에 이용되는 전동기에 있어서는 절삭액이나 기름 등이 전동기에 비말(飛沫)하여, 시프트 축 등을 지나서, 내부의 절연재까지 침식하는 경우가 있다.

이와 같이, 인버터 구동하는 부하 기기의 절연 열화는 사용 환경이나 부재의 내구성에 따라 열화 정도는 다르지만, 이 절연 열화가 생긴 개소를 통해서 누설 전류가 흘러서, 인체에의 감전의 위기나 누전 차단기가 작동하는 요인이 된다. 누전 차단기는 인체에의 감전을 미연에 방지하기 위해서 설치되는 것이다. 인명 제일은 당연하지만, 누전 차단기가 일단 작동하면, 해당 전동기를 포함하는 장치나 설비는 정지하기 때문에, 누전의 원인 및 개소의 특정, 그리고 복구에 시간이 필요해 버려서, 생산 설비의 가동 효율의 저하를 초래해 버린다.

이러한 누설 전류를 계측하는 수단으로서, 예컨대 특허문헌 1의 도 2, 특허문헌 2의 도 1, 특허문헌 3의 도 1에 도시된 바와 같이, 인버터 구동하는 부하 기기에의 급전 전로 중간에, 왕로와 귀로의 차분 전류 성분이나 3상 교류의 0상(零相) 전류를 계측하는 0상 변류기(ZCT:Zero-phase Current Transformer)나 각 상(相)에 변류기(CT:Current Transformer), 홀 CT, 션트 저항 등의 전류 검출기를 배치하여, 전체 상(相)분의 출력 신호를 총합 연산함으로써 누설 전류를 산출하고 있다.

최근에는, 예컨대 특허문헌 4의 도 1에 도시된 바와 같이, 스위치에 의해 전동기에의 급전 회로를, 절연 저항 및 그라운드를 포함하는 폐회로로 전환하고, 전동기의 제어 회로에 인가되는 교류 전압을 정류 회로에서 정류하며, 획득한 직류 전압을 이용해서, 상기 폐회로로 흐르는 전류를 계측함으로써, 절연 열화를 검출하는 절연 열화 진단 장치가 제안되어 있다. 이 경우, 누설 전류는 직류 성분이기 때문에, 교류 성분의 검출을 대상으로 하는 0상 변류기나 변류기는 이용할 수 없어서, 직류 성분을 검출할 수 있는 소자, 예컨대, 홀 CT이나 션트 저항이 이용되고 있다.

일본 특허 공개 제 2003-284235호 공보(도 2) 일본 특허 공개 평4-132969(도 1) 일본 특허 공개 제 2001-124814(도 1) 일본 특허 공개 제 2007-159289호 공보(도 1) 일본 특허 공개 평7-239359호 공보(도 3) 일본 특허 공개 소63-85380호 공보(도 1)

절연 열화의 계기나 진행 정도는 사용 환경에 따라 다르기 때문에, 절연 열화의 진단은 정기적으로 실시할 필요가 있다. 그러나 특허문헌 4와 같이, 스위치 등에 의해 절연 열화 진단용 급전 회로로 전환해서 절연 열화 진단을 실시하는 절연 열화 진단 장치는, 절연 열화 진단을 정밀도 좋게 실시할 수 있지만, 인버터 구동하는 부하 기기에의 급전을 완전히 정지시킬 필요가 있다. 이 때문에, 장기 연속 운전을 필요로 하는 부하 기기에 있어서는, 급전을 완전히 정지시킬 때까지 절연 열화 진단을 실시할 수 없어서, 절연 열화를 미연에 검출할 수 없다는 과제가 있다.

이러한 관점에서, 누전 차단기나 누전 보호 릴레이 등에도 이용되고 있는 0상 변류기는 상시 계측에는 적합하다. 단, 0상 변류기로 계측할 수 있는 누설 전류는, 고정밀도형에서 1mA 이상, 범용형에서는 수 mA 이상으로, 부하 기기의 절연 열화가 충분히 진행된 상태에서만 검출할 수 있다는 과제가 있다.

마찬가지로, 홀 소자나 자기 저항 소자 등의 박막 자기 검출 소자를 이용한 CT나 션트 저항에 있어서도, 교류 전류를 계측할 수 있기 때문에, 부하 기기의 구동중인 전류 계측에는 유효하다. 그러나, 1) 박막 자기 검출 소자는, 주변 온도 변화에 대해 출력이 변동한다는 점, 2) 션트 저항은 저항값이 작기 때문에, 미소 전류에 대한 출력 전압이 작아서, 저항값의 편차나 주변 온도가 측정 정밀도에 미치는 영향이 크다는 점, 등의 이유에서 미소 전류 계측에는 적합하지 않다.

상시 계측에 적합한 0상 변류기는, 0상 전류로부터 발생하는 0상 자계를 고감도로 집자(集磁)하기 때문에, 구성 부재로서 고투자율의 자성 재료가 이용되며, PC 퍼멀로이가 일반적으로 이용된다. 단, PC 퍼멀로이는, 인가 자계의 주파수에 따라 자기 특성이 다른 주파수 특성을 갖고 있고, 주파수의 증가에 따라 투자율이 저하되는 특성을 갖는다.

인버터 구동하는 부하 기기는, 일반적으로 급전하는 전압이나 전류의 주파수를 제어함으로써 부하 기기의 구동을 효율 좋게 제어할 수 있다. 예컨대, 인버터 구동하는 전동기는, 일반적으로 구동 전압 주파수를 제어함으로써 구동 회전수를 제어할 수 있기 때문에, 구동 회전수와 구동 전압 주파수는 비례 관계에 있다.

또한, 구동 전압 주파수의 변조에는 인버터가 이용되고, 전동기의 각 상에 인가되는 구동 전압과 구동 전압 주파수의 비를 일정하게 제어하는 V/f 일정 제어가 채용되고 있다. 구동 전압 주파수가 낮아지면, 전동기의 각 상에 인가되는 구동 전압은 낮아지고, 구동 전압 주파수가 높아지면, 전동기의 각 상에 인가되는 구동 전압은 높아진다. 즉, 전동기가 저속으로 회전하고 있는 경우, 전로로부터 누설되는 전류를 계측하고자 하면, 전동기의 각 상에 인가되는 구동 전압이 낮다는 점에서, 절연 열화한 개소로부터 누설하는 전류는 미소 전류가 된다.

이와 같이 인버터 구동하는 부하 기기로부터 누설하는 전류를 0상 변류기로 계측하는 경우, 부하 기기에 급전하는 구동 전압값이나 구동 전압 주파수에 따라서는, 계측 대상인 0상 전류는 미소 전류가 되며, 아울러 PC 퍼멀로이의 주파수 특성의 영향도 받아서, 정밀도 좋게 계측할 수 없다는 과제가 있다.

본 발명의 목적은, 인버터 구동되는 부하 기기로부터 누설되는 전류를 넓은 주파수에 걸쳐서 고정밀도로 계측할 수 있는 절연 열화 진단 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 1 측면은, 인버터 장치와 인버터 구동되는 부하 기기 사이에 접속된 전로의 절연 열화를 진단하는 장치로서,

환상의 자성체 코어, 상기 자성체 코어에 권회된 여자 코일, 및 상기 자성체 코어에 권회된 검출 코일을 갖고, 전로의 0상 전류를 검출하기 위한 0상 변류기와,

부하 기기의 구동 주파수의 2배 이상의 주파수를 가진 교류 전류를 여자 코일에 공급하여, 자성체 코어를 여자시키기 위한 여자 제어 회로와,

검출 코일의 출력 신호로부터, 소정의 주파수 성분을 추출하기 위한 주파수 추출 회로를 구비한다.

본 발명의 제 1 측면에 있어서, 부하 기기에 급전되는 전류 파형 또는 전압 파형을 검출하기 위한 검출기를 더 구비하고, 상기 검출기의 출력 신호에 기초해서, 여자 코일에 공급하는 전류를 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 1 측면에 있어서, 상기 검출기의 출력 신호에 기초해서, 구동 주파수를 산출하기 위한 주파수 연산 회로를 더 구비하고,

주파수 추출 회로는, 검출 코일의 출력 신호로부터, 구동 주파수와 같은 주파수 성분을 추출하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 1 측면에 있어서, 주파수 추출 회로는, 자성체 코어의 여자 주파수의 2배파 성분을 추출하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 1 측면에 있어서, 주파수 연산 회로의 연산 결과에 기초해서, 여자 제어 회로의 동작 여부를 판정하기 위한 동작 판정 회로를 더 구비한 것이 바람직하다.

본 발명의 제 1 측면에 있어서, 주파수 연산 회로의 연산 결과에 기초해서, 절연 열화 진단의 동작 여부를 판정하기 위한 진단 판정 회로를 더 구비한 것이 바람직하다.

또 본 발명의 제 2 측면은, 인버터 장치와 인버터 구동되는 부하 기기 사이에 접속된 전로의 절연 열화를 진단하는 장치로서,

서로 다른 자기 포화 레벨을 갖고, 전로의 0상 전류를 검출하기 위한 복수의 0상 변류기와,

부하 기기에 급전되는 전류 파형 또는 전압 파형을 검출하기 위한 검출기와,

상기 검출기의 출력 신호에 기초해서, 부하 기기의 구동 주파수를 산출하기 위한 주파수 연산 회로와,

주파수 연산 회로의 연산 결과에 기초해서, 복수의 0상 변류기 중 어느 0상 변류기로부터의 출력 신호를 이용해서 절연 열화 진단할지를 판정하는 변환 판정 회로를 구비한다.

또 본 발명의 제 3 측면은, 인버터 장치와 인버터 구동되는 부하 기기 사이에 접속된 전로의 절연 열화를 진단하는 장치로서,

전로의 0상 전류를 검출하기 위한 0상 변류기와,

주파수 연산 회로의 연산 결과에 기초해서, 0상 변류기의 감도를 조정하기 위한 감도 조정 수단을 구비한다.

본 발명의 제 3 측면에 있어서, 자기 포화 변경 수단은, 0상 변류기에 포함되는 자성체 코어의 온도, 또는 자성체 코어에 인가되는 응력을 변경함으로써, 0상 변류기의 감도를 조정하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 부하 기기의 구동 주파수가 변화된 경우에도, 사용하는 0상 변류기의 감도 또는 자기 포화 레벨을 변경함으로써 구동 주파수의 의존성을 저감할 수 있어서, 고정밀도로 0상 전류를 계측할 수 있게 된다. 그 결과, 신뢰성이 높은 절연 열화 진단을 실시할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 절연 열화 진단 장치를 나타내는 구성도,
도 2는 0상 변류기의 일례를 나타내는 사시도,
도 3은 0상 전류가 발생하는 상태를 나타내는 설명도,
도 4는 PC 퍼멀로이의 주파수 특성을 개략적으로 나타낸 설명도로, 도 4(a)는 B-H 커브의 주파수 변화를 나타내고, 도 4(b)는 비투자율의 주파수 변화를 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 절연 열화 진단 장치를 나타내는 구성도,
도 6은 본 실시예의 동작 원리의 설명도로, 도 6(a)는 자성체 코어의 B-H 커브 및 여자 자계의 파형을 나타내고, 도 6(b)는 자성체 코어가 자기 포화한 상태를 나타내며, 도 6(c)는 직류 자계가 중첩한 상태를 나타내는 도면,
도 7은 본 발명의 실시예 3에 따른 절연 열화 진단 장치를 나타내는 구성도,
도 8은 본 발명의 실시예 4에 따른 절연 열화 진단 장치를 나타내는 구성도,
도 9는 본 발명의 실시예 5에 따른 절연 열화 진단 장치를 나타내는 구성도,
도 10은 본 발명의 실시예 6에 따른 절연 열화 진단 장치를 나타내는 구성도,
도 11은 본 발명의 실시예 7에 따른 절연 열화 진단 장치를 나타내는 구성도이다.

(실시예 1)

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 절연 열화 진단 장치(101)를 나타내는 구성도이다. 인버터 장치(1)와, 인버터 구동되는 부하 기기(3) 사이에는, 복수의 전로(6a, 6b, 6c)가 접속된다. 예컨대, 3상 구동인 경우에는 3개의 전로를 사용하고, 단상 구동인 경우에는 2개의 전로를 사용한다. 한편, 인버터 장치(1)의 그라운드 단자와 부하 기기(3)의 그라운드 단자는 어스선으로 결선되어 있어도 상관없다.

인버터 장치(1)는 제어 장치(2)의 지령 신호에 기초해서, 전단의 컨버터 등으로부터 입력되는 직류 신호를 변조시키는 기능을 갖고, 제어 장치(2)에서 지령한 진폭, 주파수를 가진 교류 신호를 출력한다. 부하 기기(3)는 인버터 장치(1)로부터 전로(6a, 6b, 6c)를 통해서 입력되는 교류 신호에 따라 구동된다. 인버터 구동되는 부하 기기(3)로는, 예컨대 전동기, 무정전 전원 장치(UPS), 전자 조리기, 조명 등을 들 수 있다.

절연 열화 진단 장치(101)는 0상 변류기(4)와, 전류 검출기(5)와, 주파수 연산 회로(7)와, 여자 제어 회로(8)와, 처리 회로(90)와, 표시기(11) 등을 구비한다.

0상 변류기(4)는 전로(6a, 6b, 6c)의 중간에 설치되고, 급전 전로의 0상 전류를 검출하는 기능을 갖는다. 0상 전류란, 절연 저항을 통해서 대지로 흐르는 누설 전류를 나타낸다.

도 2는 0상 변류기(4)의 일례를 나타내는 사시도이다. 0상 변류기(4)는 부하 기기(3)에 흐르는 3상 전류(Ia+Ib+Ic)를 총합한 0상 전류를 검출하는 것으로, 환상의 자성체 코어(15)와, 자성체 코어(15)에 권회된 여자 코일(16)과, 자성체 코어(15)에 권회된 검출 코일(17) 등으로 구성된다. 검출 대상이 되는 3개의 전로(6a, 6b, 6c)는 자성체 코어(15)의 안쪽을 관통하도록 배치된다.

한편, 도 2에서는 이해를 용이하게 하기 위해서, 여자 코일(16) 및 검출 코일(17)을 편극 감기로서 표현하고 있지만, 코일의 권회 불균일이나 외부 자계 등에 의한 출력 변동을 억제하기 위해서, 통상은, 여자 코일(16) 및 검출 코일(17) 모두 자성체 코어(15)의 전체 둘레에 걸쳐서 균등하게 권회된다. 또한, 자성체 코어(15)에 각 코일을 직접 권회하고 있지만, 코일 응력에 의한 자성체 코어(15)의 특성 열화를 보호하기 위해서, 예컨대, 자성체 코어(15)를 내부 봉입한 수지제 케이스 외면에 코일 가공을 실시해도 된다.

도 1로 돌아가서, 전류 검출기(5)는 부하 기기(3)에 급전되는 전류 파형을 검출하는 기능을 갖고, 예컨대 션트 저항 또는, 홀 소자나 자기 저항 소자(MR 소자)를 이용한 변류기 등으로 구성된다. 한편, 전류 검출기(5) 대신, 부하 기기(3)에 급전되는 전압 파형을 검출하는 전압 검출기를 사용해도 된다.

주파수 연산 회로(7)는 전류 검출기(5)로 계측한 전류 파형에 기초해서 부하 기기(3)의 구동 주파수 fd를 산출하는 기능을 갖고, 예컨대, 주파수 카운터 등으로 구성된다.

여자 제어 회로(8)는 부하 기기(3)의 구동 주파수 fd의 2배 이상의 주파수 fe(≥2×fd)를 가진 교류 전류를, 0상 변류기(4)의 여자 코일(16)에 공급하여 자성체 코어(15)를 여자시키는 기능을 갖고, 예컨대 주파수 가변 발진기와 전력 증폭기의 조합 등으로 구성된다.

처리 회로(90)는 0상 변류기(4)의 출력 신호 처리 및 절연 열화 진단을 실시하는 것으로, 본 실시예에서는, 동기 검파 회로(9)와, 절연 열화 진단 회로(10) 등으로 구성된다. 동기 검파 회로(9)는 주파수 연산 회로(7)로 산출된 구동 주파수 fd를 이용해서, 0상 변류기(4)의 검출 코일(17)의 출력 신호로부터 구동 주파수 fd와 같은 주파수 성분을 추출한다. 절연 열화 진단 회로(10)는, 예컨대 마이크로프로세서 등으로 구성되며, 동기 검파 회로(9)로부터의 출력 신호에 기초해서 절연 열화 진단을 실시한다.

표시기(11)는 절연 열화 진단의 결과를 표시하는 것으로, 예컨대 디스플레이 등으로 구성된다. 한편, 표시기(11) 대신, 누전 차단기, 누전 릴레이, 경고 버저 등의 보안 기기를 사용해도 되고, 부하 기기(3)의 절연 열화 진단 후의 운용 방법에 기초한 수단을 적절하게 선택할 수 있다.

다음으로 절연 열화 진단 방법에 대해서 설명한다. 먼저, 여자 제어 회로(8)가 동작하지 않고 있는 경우에 대해서 설명한다. 0상 변류기(4)는 전로(6a, 6b, 6c)에 흐르는 단상의 왕복 전류 또는 2상 내지는 3상 전류를 총합한 0상 전류로부터 발생하는 0상 자계를 자성체 코어(15)에 집자함과 아울러, 집자된 자속을 소거하도록, 검출 코일(17)의 단자간에 접속되는 부하 저항(도시 생략)을 통해서 전류가 흐른다. 가령 결합 계수를 1이라고 하면, 0상 전류를 검출 코일(17)의 권회수로 나눈 전류값이 검출 코일(17)에 흐른다. 따라서, 권회수의 비에 따른 전류가 검출 가능하다는 점에서 변류기라고 불린다.

도 3(a)~도 3(c)는 0상 전류가 발생하는 상태를 나타내는 설명도이다. 도 3(a)에 나타낸 바와 같이, 예컨대, 주파수 60Hz의 3상 교류 전류(실선:U상, 파선:V상, 그레이선:W상)이 전로(6a, 6b, 6c) 각각에 흐르고 있는 경우를 상정한다. 이에 반해서, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 1상(예컨대, V상)만 누설 전류가 발생해서 파고값이 다른 경우, 도 3(c)에 나타낸 바와 같이, 0상 전류는 60Hz의 전류가 된다. 즉, 0상 변류기(4)의 자성체 코어(15)에 인가되는 0상 자계의 주파수는 60Hz가 된다.

부하 기기(3)는 인버터 구동 방식에 따라 원하는 전류값 및 주파수로 구동된다. 부하 기기(3)에 급전되는 전류의 주파수는 부하 기기(3)의 구동 조건에 따라 변화되기 때문에, 이에 따라서 0상 전류의 주파수도, 예컨대 직류에 가까운 수 Hz부터 수백 Hz의 범위에서 변화되게 된다. 이 때 0상 변류기(4)의 자성체는 일반적으로, 인가 자계의 주파수에 대해 자기 특성이 다른 주파수 특성을 갖는다. 0상 전류 등의 미소 전류를 감도 좋게 집자하기 위해서 사용되는 PC 퍼멀로이도, 주파수에 따라 특성이 변화되는 자성 재료 중 하나이다.

도 4(a)와 도 4(b)는 PC 퍼멀로이의 주파수 특성을 개략적으로 나타낸 설명도로, 도 4(a)는 B-H 커브의 주파수 변화를 나타내고, 도 4(b)는 비투자율의 주파수 변화를 나타낸다. 인가 자계의 주파수에 따라 B-H 커브의 경사(공기중의 투자율×비투자율에 상당)이 변화하고 있고, 60Hz에 비해서 15Hz 쪽이 비투자율이 크고, 검출 감도가 높다는 것을 알 수 있다. 한편, 포화 자속 밀도는 주파수에 관계없이 일정하다.

따라서, 실효값이 동일하고 주파수가 다른 0상 자계가 인가된 경우, 저주파일수록 검출 감도는 높아지지만, 자성체 코어는 자기 포화 상태에 쉽게 이르게 되어서, 결과적으로 0상 전류의 계측 정밀도는 열화되어 버리고, 계측 레인지도 좁아져 버린다.

다음으로, 여자 제어 회로(8)가 동작하고 있는 경우에 대해서 설명한다. 부하 기기(3)의 구동 주파수 fd는, 주파수 연산 회로(7)에 의해 취득할 수 있다. 여자 제어 회로(8)는 부하 기기(3)의 구동 주파수 fd에 대해, 사용자가 정한 샘플링 레이트(구동 주파수 fd의 2배 이상)를 만족하는 여자 주파수 fe를 선정하여, 여자 전류를 출력한다. 이 여자 전류는 0상 변류기(4)의 여자 코일(16)에 흘러서 여자 자계를 발생시키고, 자성체 코어(15)에 집자된다. 한편, 여자 자계의 동작 범위는, 자성체 코어(15)의 BH 특성의 선형 영역만을 이용해서, 0상 전류에 의한 자계(0상 자계)가 중첩된 경우에도 자기 포화하지 않는 것이 바람직하다.

여자 자계의 실효값 및 주파수가 0상 자계에 비해서 큰 경우, 자성체 코어(15)에 집자되는 자계는 여자 자계가 지배적으로 되고, 이 여자 자계에 0상 자계가 중첩된 상태가 된다. 즉, 0상 변류기(4)의 출력 신호에는, 계측 대상 주파수와 여자 주파수의 성분이 혼재하게 된다.

동기 검파 회로(9)는 0상 변류기(4)의 출력 신호로부터 구동 주파수 fd와 같은 주파수 성분을 추출한다. 동기 검파를 채용함으로써, 0상 변류기(4)의 출력 신호에 포함되는 계측 대상 주파수의 신호 성분만을 높은 S/N 비로 추출할 수 있다.

이 때, 같은 0상 전류값을 검출한 경우에도, 여자 주파수가 다르면, 자성체 코어(15)의 주파수 특성에 따라, 동기 검파에 의해 추출한 신호 성분값은 다르다. 그 대책으로서, 0상 변류기(4)의 주파수 특성에 따라서, 검출한 0상 전류를 보정하는 기능을 절연 열화 진단 회로(10)에 마련해 둠으로써, 구동 주파수의 의존성을 저감할 수 있다. 그 결과, 절연 열화 진단 회로(10)에 있어서 고정밀도의 절연 열화 진단을 실시할 수 있다.

표시기(11)는 처리 회로(90)로 산출한 절연 저항값이나 누설 전류값을 기초로 처리가 행해지고, 예컨대 절연 저항값이나 누설 전류값의 시계열 추이, 부하 기기(3)의 수명이나 고장 경보를 사용자에게 촉진할 수 있다. 또한, 절연 저항값을 계산하기 위해서는, 부하 기기에 인가되는 상 전압의 값이 필요하게 되지만, 부하 기기에 인가되는 상 전압의 관계를 계산에 의해 구해도 문제없다. 예컨대, 부하 기기(3)가 전동기인 경우, 전동기의 구동 회전수나 극수 등으로부터 산출할 수 있고, 0상 전류 및 상 전압으로부터 옴의 법칙에 따라, 절연 저항값을 산출할 수 있다.

한편, 처리 회로(90)에서 구동 주파수 fd와 같은 주파수 성분을 추출하는 회로로서 동기 검파 회로를 사용한 예를 설명했지만, 그 대체로서, 구동 주파수 fd 근방의 신호 성분을 추출하는 밴드패스 필터를 사용해도 된다.

이와 같이 본 실시예에 의하면, 구동 주파수 fd가 낮은 경우에도, 구동 주파수 fd보다 높은 주파수 fe(바람직하게는, fe≥2×fd)로 자성체 코어(15)를 여자시킴으로써, 자성체 코어(15)의 자기 포화를 방지할 수 있다. 또한, 0상 변류기(4)의 주파수 특성에 기초해서, 검출한 0상 전류를 보정함으로써, 구동 주파수의 의존성을 저감할 수 있다. 그 결과, 신뢰성이 높은 절연 열화 진단을 실시할 수 있다.

(실시예 2)

도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 절연 열화 진단 장치(102)를 나타내는 구성도이다. 본 실시예에 따른 절연 열화 진단 장치(102)는, 실시예 1에 따른 절연 열화 진단 장치(101)와 마찬가지의 구성을 갖지만, 동기 검파 회로(9) 대신, 0상 변류기(4)의 출력 신호로부터, 자성체 코어(15)의 여자 주파수 fe의 2배파 성분(2×fe)을 추출하기 위한 2배파 검파 회로(12)를 사용하고 있다.

도 6(a)~도 6(c)는 본 실시예의 동작 원리의 설명도로, 도 6(a)는 자성체 코어(15)의 B-H 커브 및 여자 자계의 파형을 나타내고, 도 6(b)는 자성체 코어(15)가 자기 포화한 상태를 나타내며, 도 6(c)는 직류 자계가 중첩된 상태를 나타낸다.

도 6(a)에 나타낸 바와 같이, 정현파의 여자 자계 H를 자성체 코어(15)에 인가한 상태에서, 파형의 일부가 자기 포화 레벨에 이른 경우, 도 6(b)에 나타낸 바와 같이, 자기 포화한 기간에 있어서 자성체 내의 자속 밀도 B의 변화는 영이 되어, 전자 유도의 법칙에 따라 검출 코일(17)에서의 검출 전압 V는 영이 된다.

이 상태에서, 도 6(c)에 나타낸 바와 같이, 정현파의 여자 자계에 대해 일정한 직류 자계 Hdc가 중첩된 경우, 플러스측의 포화 기간이 길어지고, 마이너스측의 포화 기간이 짧아진다. 따라서, 검출 코일(17)에서의 검출 전압 V는, 영이 되는 시간 간격이 배의 주기로 달라지게 된다.

이 검출 전압의 2배파 신호 성분의 실효값은, 자성체 코어(15)에 중첩한 직류 자계에 거의 비례한다는 점에서, 직류 자계의 실효값을 산출할 수 있다. 중첩하는 자계가 직류 자계가 아니라 교류 자계인 경우에도, 교류 자계의 주파수에 대해 여자 주파수를 충분히 크게 설정하면, 여자 자계 1 파당 교류 자계 변화를 국소적으로 직류 자계로서 파악할 수 있기 때문에, 직류 및 교류 어느 쪽 자계도 계측 가능하다.

상술한 실시예 1에서는, 여자 자계의 동작 범위는 자성체 코어(15)의 BH 특성의 선형 영역만을 이용해서, 0상 전류에 의한 0상 자계가 중첩된 경우에도 자기 포화하지 않는 것이 전제지만, 본 실시예에서는, 여자 자계의 동작 범위는 자성체 코어(15)의 BH 특성의 포화 영역을 포함한 영역을 이용하고 있다.

여자 제어 회로(8)는 부하 기기(3)의 구동 주파수 fd에 대해, 사용자가 결정한 샘플링 레이트(구동 주파수 fd의 2배 이상)를 만족하는 여자 주파수 fe를 선정하여, 그 여자 주파수 fe에서의 최적의 여자 전류(즉, 자성체 코어가 자기 포화하는 여자 전류)를 0상 변류기(4)의 여자 코일(16)에 통전한다.

2배파 검파 회로(12)는 0상 변류기(4)의 출력 신호로부터, 여자 주파수 fe의 2배의 주파수파 성분(2×fe)을 추출하여, 0상 전류에 의한 변화분을 추출한다. 이 때, 같은 0상 전류값을 검출한 경우에도, 여자 주파수가 다르면, 자성체 코어(15)의 주파수 특성에 따라, 추출한 신호 성분값은 다르다. 그 대책으로서, 0상 변류기(4)의 주파수 특성에 따라서, 검출한 0상 전류를 보정하는 기능을 절연 열화 진단 회로(10)에 마련해 둠으로써, 구동 주파수의 의존성을 저감할 수 있다. 그 결과, 절연 열화 진단 회로(10)에 있어서 고정밀도의 절연 열화 진단을 실시할 수 있다.

한편, 처리 회로(90)에서 여자 주파수 fe의 2배파 신호 성분을 추출하는 회로로서 2배파 검파 회로를 사용한 예를 설명했지만, 그 대체로서, 주파수파 성분(2×fe) 근방의 신호 성분을 추출하는 밴드패스 필터를 사용해도 된다.

이와 같이 본 실시예에 의하면, 자기 포화 기간의 변화를, 여자 주파수 fe의 2배의 주파수파 성분(2×fe)의 변화로서 추출함으로써, 0상 전류를 고정밀도로 검출할 수 있다. 또한, 0상 변류기(4)의 주파수 특성에 따라서, 검출한 0상 전류를 보정함으로써, 구동 주파수의 의존성을 저감할 수 있다. 그 결과, 신뢰성이 높은 절연 열화 진단을 실시할 수 있다.

(실시예 3)

도 7은, 본 발명의 실시예 3에 따른 절연 열화 진단 장치(103)를 나타내는 구성도이다. 본 실시예에 따른 절연 열화 진단 장치(103)는, 실시예 1에 따른 절연 열화 진단 장치(101)와 마찬가지의 구성을 갖지만, 주파수 연산 회로(7)와 여자 제어 회로(8) 사이에 동작 판정 회로(13)를 추가하고 있다.

동작 판정 회로(13)는 예컨대 마이크로프로세서 등으로 구성되고, 주파수 연산 회로(7)의 연산 결과에 기초해서 임계값 판정을 행하며, 판정 결과에 따라 여자 제어 회로(8)에 의한 여자 동작을 행할지, 행하지 않을지를 판정한다.

절연 열화 진단은 상시 실시하는 것이 바람직하지만, 부하 기기(3)의 가동 상황 등에 따라서는 정기적인 진단으로 충분한 경우도 있다. 또한, 자성체 코어(15)의 여자 동작에 의해서 소비 전력이 증가한다.

그 대책으로서, 부하 기기(3)의 구동 주파수 fd에 따라 자성체 코어(15)의 여자 동작를 제어하는 것이 생각된다. 즉, 저주파 대역의 0상 전류에 대해서는 여자 제어 회로(8)를 동작시키고, 상용 주파수나 고주파 대역의 0상 전류에 대해서는 여자 제어 회로(8)를 동작시키지 않고, 일반적으로 알려진 0상 변류기(4)로서 동작시킴으로써, 소비 전력의 억제를 도모할 수 있다. 동작 여부를 판정하기 위한 임계값 주파수는 부하 기기(3)의 구동 주파수 fd의 하한값이나 상한값을 감안해서 사용자가 임의로 설정해도 된다.

한편, 본 실시예에서는, 실시예 1의 구성에 동작 판정 회로(13)를 추가한 예를 설명했지만, 실시예 2의 구성에 있어서 주파수 연산 회로(7)와 여자 제어 회로(8) 사이에 동작 판정 회로(13)를 추가하는 것도 가능하다. 이 경우, 플럭스 게이트 방식의 0상 변류기(4)는, 자성체 코어(15)의 BH 특성에서 포화 영역까지 여자시킴으로써, 실시예 1에 적용한 경우에 비해서, 소비 전력의 억제의 효과는 높다.

(실시예 4)

도 8은, 본 발명의 실시예 4에 따른 절연 열화 진단 장치(104)를 나타내는 구성도이다. 본 실시예에 따른 절연 열화 진단 장치(104)는, 실시예 3에 따른 절연 열화 진단 장치(103)와 마찬가지의 구성을 갖지만, 주파수 연산 회로(7)와 동작 판정 회로(13) 사이에 진단 판정 회로(14)를 추가하고 있다.

진단 판정 회로(14)는 예컨대 마이크로프로세서 등으로 구성되며, 주파수 연산 회로(7)의 연산 결과에 기초해서, 처리 회로(90)에 의한 절연 열화 진단을 실시할지, 실시하지 않을지를 판정한다.

실시예 1부터 실시예 3까지의 각 구성에 있어서, 여자 제어 회로(8)로부터 출력된 여자 전류의 주파수는, 부하 기기(3)의 구동 주파수 fd에 대해, 사용자가 결정한 샘플링 레이트(구동 주파수 fd의 2배 이상)를 만족하는 여자 주파수 fe를 선정하고 있다. 단, 부하 기기(3)의 사용 환경이나 용도에 따라 다르지만, 일정 동작이나 단조 동작을 행하는 용도라면, 인버터 구동의 개념으로부터도 부하 기기(3)의 구동 주파수 fd는 극적으로 변화되는 것이 아니다. 또한, 절연 열화 진단은, 진단의 즉응성(quick response)에 비해서, 정기적, 또한 정밀도 좋게 절연 열화를 진단하는 것이 보다 중요하다.

즉, 정밀도 좋게 절연 열화를 진단하기 위해서는, 부하 기기(3)의 구동 주파수 fd가 안정된 상태에서 실시하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 여자 제어 회로(8) 및 동작 판정 회로(13)의 전단에, 부하 기기(3)의 구동 주파수 fd의 변동을 판정하여, 절연 열화 진단을 행하는 지령을 후단 회로의 동작 판정 회로(13) 및 검출 회로(90)에 발령하는 진단 판정 회로(14)를 마련하는 것이 바람직하다.

또한, 절연 열화를 진단하기 위해서, 제어 장치(2)에서 일정한 주파수로 부하 기기(3)를 구동시키는 절연 열화 진단 모드를 마련해도 된다. 특히, 인버터 구동하는 부하 기기(3)가 전동기인 경우, 전동기의 부하 환경이나 구동 환경에 특별한 제약이 없는 한, 전동기의 구동 회전수는 고속 회전으로 설정한다. 전동기는, 일반적으로, 구동 전압 주파수를 제어함으로써 구동 회전수를 제어할 수 있고, 구동 회전수와 구동 전압 주파수는 비례 관계에 있다. 또한, 제어 방식으로서, 전동기의 각 상에 인가되는 구동 전압과 구동 전압 주파수의 비를 일정하게 제어하는 V/f 일정 제어가 채용되고 있는 경우가 많다. 이 때문에, 구동 전압 주파수가 높아지면, 전동기의 각 상에 인가되는 구동 전압은 높아진다는 점에서, 절연 저항을 통해서 누설하는 전류는 필연적으로 커져서, 절연 열화 진단을 실시하기 쉽게 된다. 단, 반송기의 스테이지 이동이나 가공기의 선반 등, 자유롭게 이동할 수 있는 스트로크가 짧은 경우, 구동 회전수를 높일 수 없어서, 전동기의 구동 회전수는 저속 회전으로 설정하는 경우도 있다. 이 경우, 본 실시예 1부터 실시예 3에서 설명한 내용이 유효하다.

(실시예 5)

도 9는 본 발명의 실시예 5에 따른 절연 열화 진단 장치(105)를 나타내는 구성도이다. 인버터 장치(1)와, 인버터 구동되는 부하 기기(3) 사이에는, 복수의 전로(6a, 6b, 6c)가 접속된다. 예컨대, 3상 구동인 경우에는 3개의 전로를 사용하고, 단상 구동인 경우에는 2개의 전로를 사용한다. 한편, 인버터 장치(1)의 그라운드 단자와 부하 기기(3)의 그라운드 단자는 어스선으로 결선되어 있어도 상관없다.

인버터 장치(1)는 제어 장치(2)의 지령 신호에 기초해서, 전단의 컨버터 등으로부터 입력되는 직류 신호를 변조시키는 기능을 갖고, 제어 장치(2)에서 지령한 진폭, 주파수를 가진 교류 신호를 출력한다. 부하 기기(3)는 인버터 장치(1)로부터 전로(6a, 6b, 6c)를 통해서 입력되는 교류 신호에 따라 구동된다. 인버터 구동되는 부하 기기(3)로는, 예컨대, 전동기, 무정전 전원 장치(UPS), 전자 조리기, 조명 등을 들 수 있다.

절연 열화 진단 장치(105)는 복수(여기서는 2개)의 0상 변류기(4, 31)와, 전류 검출기(5)와, 주파수 연산 회로(7)와, 변환 판정 회로(32)와, 처리 회로(90)와, 표시기(11) 등을 구비한다.

0상 변류기(4, 31)는 전로(6a, 6b, 6c)의 중간에 마련되고, 급전 전로의 0상 전류를 검출하는 기능을 갖는다. 0상 전류란, 절연 저항을 통해서 대지에 흐르는 누설 전류를 나타낸다. 0상 변류기(4, 31)는, 부하 기기(3)에 흐르는 3상 전류(Ia+Ib+Ic)를 총합한 0상 전류를 검출하는 것으로, 환상의 자성체 코어와, 자성체 코어에 권회된 검출 코일 등으로 구성된다. 검출 대상이 되는 3개의 전로(6a, 6b, 6c)는, 자성체 코어의 안쪽을 관통하도록 배치된다.

전류 검출기(5)는 부하 기기(3)에 급전되는 전류 파형을 검출하는 기능을 갖고, 예컨대 션트 저항 또는, 홀 소자나 자기 저항 소자(MR 소자)를 이용한 변류기 등으로 구성된다. 한편, 전류 검출기(5) 대신, 부하 기기(3)에 급전되는 전압 파형을 검출하는 전압 검출기를 사용해도 된다.

주파수 연산 회로(7)는 전류 검출기(5)로 계측한 전류 파형에 기초해서 부하 기기(3)의 구동 주파수 fd를 산출하는 기능을 갖고, 예컨대 주파수 카운터 등으로 구성된다.

변환 판정 회로(32)는, 예컨대 마이크로프로세서 등으로 구성되고, 주파수 연산 회로(7)의 연산 결과에 기초해서, 복수의 0상 변류기(4, 31) 중 어느 0상 변류기로부터의 출력 신호를 이용해서 절연 열화 진단할지를 판정한다.

처리 회로(90)는 0상 변류기(4)의 출력 신호 처리 및 절연 열화 진단을 실시하는 것으로, 본 실시예에서는, 동기 검파 회로(9)와, 절연 열화 진단 회로(10) 등으로 구성된다. 동기 검파 회로(9)는 주파수 연산 회로(7)로 산출된 구동 주파수 fd를 이용해서, 0상 변류기(4)의 검출 코일(17)의 출력 신호로부터 구동 주파수 fd와 같은 주파수 성분을 추출한다. 절연 열화 진단 회로(10)는, 예컨대 마이크로프로세서 등으로 구성되고, 동기 검파 회로(9)로부터의 출력 신호에 기초해서 절연 열화 진단을 실시한다.

표시기(11)는 절연 열화 진단의 결과를 표시하는 것으로, 예컨대 디스플레이 등으로 구성된다. 한편, 표시기(11) 대신 누전 차단기, 누전 릴레이, 경고 버저 등의 보안 기기를 사용해도 되고, 부하 기기(3)의 절연 열화 진단 후의 운용 방법에 기초한 수단을 적절하게 선택할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 0상 변류기(4)에 더해서 1개 이상의 0상 변류기(31)를 설치하고 있다. 0상 변류기(4, 31)는 서로 다른 자기 포화 레벨을 갖는 것으로, 예컨대 0상 변류기(31)의 자성체 코어의 체적이 0상 변류기(4)의 자성체 코어의 체적보다 크다.

저주파의 0상 전류를 계측하는 경우, 0상 자계의 주파수가 낮을수록, 0상 변류기의 자성체 코어는 쉽게 자기 포화된다. 자기 포화가 생기면, 검출 코일에 흐르는 전류 파형은, 0상 전류의 파형을 재현할 수 없기 때문에, 결과적으로 0상 변류기(4)의 계측 정밀도는 저하된다. 이것을 방지하기 위해서는, 저주파의 0상 자계에 대해서도 자기 포화가 생기지 않는 0상 변류기를 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 0상 변류기(4)보다 자성체 코어의 체적이 큰 0상 변류기(31)를 병설함으로써, 저주파의 0상 전류를 정밀도 좋게 계측할 수 있게 된다.

단, 자성체 코어의 체적을 크게 하면, 코일의 권회 길이 증가에 따른 코일 저항의 증가나 자성체 코어의 단면적의 증가에 따른 코일 인덕턴스의 증가가 생겨서, 계측 대상의 0상 전류의 주파수에 따라서는 계측 정밀도가 저하되는 경우도 있다. 이 때문에, 본 실시예에서는 저주파의 0상 전류를 계측하는 경우에만, 자성체 코어의 체적을 크게 한 0상 변류기(31)를 추가하여, 부하 기기(3)의 구동 주파수 fd에 따라, 어느 0상 변류기(4, 31)의 출력을 이용해서 절연 열화 진단할지를 판정하는 변환 판정 회로(32)를 마련하고 있다.

한편, 어느 0상 변류기(4, 31)의 출력 신호를 이용할지를 판정하기 위한 임계값 주파수는, 부하 기기(3)의 구동 주파수 fd의 하한값이나 상한값을 감안해서 사용자가 임의로 설정해도 된다.

본 실시예에서는, 자성체 코어의 체적이 다른 2개의 0상 변류기(4, 31)를 사용하는 예를 설명했지만, 자성체 코어의 체적이 다른 3개 이상의 0상 변류기를 사용해도 되고, 사용하는 0상 변류기의 개수에 따라 임계값 주파수를 설정할 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 의하면, 저주파의 0상 전류를 계측하는 경우, 0상 자계에 의해 자기 포화하지 않도록, 자성체 코어의 체적을 변경한 0상 변류기(31)를 이용함으로써, 구동 주파수 fd에 의존하는 일없이, 0상 전류를 고감도로 계측할 수 있다.

(실시예 6)

도 10은 본 발명의 실시예 6에 따른 절연 열화 진단 장치(106)를 나타내는 구성도이다. 인버터 장치(1)와, 인버터 구동되는 부하 기기(3) 사이에는, 복수의 전로(6a, 6b, 6c)가 접속된다. 예컨대, 3상 구동인 경우에는 3개의 전로를 사용하고, 단상 구동인 경우에는 2개의 전로를 사용한다. 한편, 인버터 장치(1)의 그라운드 단자와 부하 기기(3)의 그라운드 단자는 어스선으로 결선되어 있어도 상관없다.

인버터 장치(1)는 제어 장치(2)의 지령 신호에 기초해서, 전단의 컨버터 등으로부터 입력되는 직류 신호를 변조시키는 기능을 갖고, 제어 장치(2)에서 지령한 진폭, 주파수를 가진 교류 신호를 출력한다. 부하 기기(3)는 인버터 장치(1)로부터 전로(6a, 6b, 6c)를 통해서 입력되는 교류 신호에 따라 구동된다. 인버터 구동되는 부하 기기(3)로는 예컨대, 전동기, 무정전 전원 장치(UPS), 전자 조리기, 조명 등을 들 수 있다.

절연 열화 진단 장치(106)는 0상 변류기(4)와, 전류 검출기(5)와, 주파수 연산 회로(7)와, 온도 제어 회로(33)와, 처리 회로(90)와, 표시기(11) 등을 구비한다.

0상 변류기(4)는 전로(6a, 6b, 6c) 중간에 마련되고, 급전 전로의 0상 전류를 검출하는 기능을 갖는다. 0상 전류란, 절연 저항을 통해서 대지로 흐르는 누설 전류를 나타낸다. 0상 변류기(4)는 부하 기기(3)에 흐르는 3상 전류(Ia+Ib+Ic)를 총합한 0상 전류를 검출하는 것으로, 환상의 자성체 코어와, 자성체 코어에 권회된 검출 코일 등으로 구성된다. 검출 대상이 되는 3개의 전로(6a, 6b, 6c)는 자성체 코어의 안쪽을 관통하도록 배치된다.

온도 제어 회로(33)는 주파수 연산 회로(7)의 연산 결과에 기초해서, 0상 변류기(4)에 포함되는 자성체 코어의 온도를 제어함으로써, 0상 변류기(4)의 감도를 조정하는 기능을 갖는다.

표시기(11)는 절연 열화 진단의 결과를 표시하는 것으로, 예컨대, 디스플레이 등으로 구성된다. 한편, 표시기(11) 대신, 누전 차단기, 누전 릴레이, 경고 버저 등의 보안 기기를 사용해도 되고, 부하 기기(3)의 절연 열화 진단 후의 운용 방법에 기초한 수단을 적절하게 선택할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 0상 변류기(4)에 포함되는 자성체 코어에 히터선을 권회해서, 히터 통전에 의해 생긴 주울열을 열원으로 해서, 자성체 코어를 가열하고 있다. 또한, 자성체 코어의 온도 모니터로서, 열전쌍 등의 온도 센서를 배치해도 된다.

일반적으로, 자성체는 온도 상승에 따라 자기 특성은 열화하기 때문에, 투자율(B-H 커브의 경사)은 저하된다. 본 실시예는, 이 온도 변화에 따른 자기 특성의 열화를 이용한 것이다. 저주파의 0상 전류를 계측하는 경우, 저주파이고 또한 미소한 0상 자계에 대해 자기 포화를 방지하기 위해서, 0상 변류기(4)의 자성체 코어를 균일하게 가열함으로써, 0상 변류기(4)의 감도를 낮출 수 있다.

단, 급준한 온도 제어는 실용적이지 않기 때문에, 미리 측정 시각을 설정하고, 계측시에만 0상 변류기(4)의 자성체 코어의 온도가 상승한 상태가 되도록 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 자성체 코어의 온도, 자기 특성 및 주파수 사이의 관계를 미리 관련지어 두고, 계측시에 서로 연산할 수 있는 기능을 절연 열화 진단 회로(10)에 마련해 둠으로써, 절연 열화 진단을 행할 수 있다.

한편, 0상 변류기(4)에 포함되는 자성체 코어를 가열하는 기구뿐만 아니라, 자성체 코어를 냉각하는 기구, 예컨대 자연 냉각 수단, 또는 팬 등의 강제 냉각 수단을 마련해도 된다. 또한, 0상 변류기(4)의 설치 환경(공간)을 온도 제어하는 형태로, 환경 온도와 자성체 코어의 온도의 상관이 취해지도록 제어해도 된다.

이와 같이 본 실시예에 의하면, 저주파의 0상 전류를 계측하는 경우, 0상 자계에 의해 자기 포화하지 않도록, 0상 변류기(4)에 포함되는 자성체 코어의 온도를 조정함으로써, 0상 변류기(4)의 감도 조정이 가능하게 되기 때문에, 구동 주파수 fd에 의존하는 일없이, 0상 전류를 고감도로 계측할 수 있다.

(실시예 7)

도 11은 본 발명의 실시예 7에 따른 절연 열화 진단 장치(107)를 나타내는 구성도이다. 본 실시예에 따른 절연 열화 진단 장치(107)는, 실시예 6에 따른 절연 열화 진단 장치(106)와 마찬가지의 구성을 갖지만, 온도 제어 회로(33) 대신 0상 변류기(4)에 포함되는 자성체 코어에 인가되는 응력을 변화시키기 위한 압력 제어 회로(33)를 마련하고 있다.

본 실시예에 있어서, 예컨대 0상 변류기(4)의 자성체 코어에 압전 소자를 장착하고, 압전 소자의 인가 전압에 따라, 자성체 코어의 내부 응력을 제어할 수 있다.

일반적으로, 자성체는 응력 변화에 따라 자기 특성은 변화되고, 투자율(B-H 커브의 경사)도 변화된다. 본 실시예는 이 응력 변화에 따른 자기 특성의 변화를 이용한 것이다. 저주파의 0상 전류를 계측하는 경우, 저주파이고 또한 미소한 0상 자계에 대해 자기 포화를 방지하기 위해서, 0상 변류기(4)의 자성체 코어에 응력을 인가함으로써, 0상 변류기(4)의 감도를 낮출 수 있다. 이러한 압력 의존성을 나타내는 자성체로서, 비정질 FeSiB 등을 사용할 수 있다.

단, 급격한 응력 제어는 실용적이지 않기 때문에, 미리 측정 시각을 설정하고, 계측시에만 0상 변류기(4)의 자성체 코어에 응력을 인가한 상태가 되도록 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 자성체 코어의 내부 응력, 자기 특성 및 주파수 사이의 관계를 미리 관련지어 두고, 계측시에 서로 연산할 수 있는 기능을 절연 열화 진단 회로(10)에 마련해 둠으로써, 절연 열화 진단을 행할 수 있다.

한편, 응력 유무에 가역 특성을 갖지 않는 자성 재료는 본 실시예의 대상밖으로, 예컨대 비정질 FeSiB 등은 외부로부터 왜곡에 따른 응력에 대해, 자기 특성이 가역 특성을 갖는다.

이와 같이 본 실시예에 의하면, 저주파의 0상 전류를 계측하는 경우, 0상 자계에 의해 자기 포화하지 않도록, 0상 변류기(4)에 포함되는 자성체 코어의 내부 응력을 조정함으로써, 0상 변류기(4)의 감도 조정이 가능하게 되기 때문에, 구동 주파수 fd에 의존하는 일없이, 0상 전류를 고감도로 계측할 수 있다.

1 : 인버터 장치 2 : 제어 장치
3 : 부하 기기 4, 31 : 0상 변류기
5 : 전류 검출기 6a, 6b, 6c : 전로
7 : 주파수 연산 회로 8 : 여자 제어 회로
9 : 동기 검파 회로 10 : 절연 열화 진단 회로
11 : 표시기 12 : 2배파 검파 회로
13 : 동작 판정 회로 14 : 진단 판정 회로
15 : 자성체 코어 16 : 여자 코일
17 : 검출 코일 32 : 변환 판정 회로
33 : 온도 제어 회로 34 : 응력 제어 회로
90 : 처리 회로 101~107 : 절연 열화 진단 장치

Claims

인버터 장치와 인버터 구동되는 부하 기기 사이에 접속된 전로(電路)의 절연 열화를 진단하는 장치로서,
환상의 자성체 코어, 상기 자성체 코어에 권회된 여자 코일, 및 상기 자성체 코어에 권회된 검출 코일을 갖고, 전로의 0상(零相) 전류를 검출하기 위한 0상 변류기와,
부하 기기의 구동 주파수의 2배 이상의 주파수를 가진 교류 전류를 여자 코일에 공급하여, 자성체 코어를 여자시키기 위한 여자 제어 회로와,
검출 코일의 출력 신호로부터, 소정의 주파수 성분을 추출하기 위한 주파수 추출 회로
를 구비한 것을 특징으로 하는 절연 열화 진단 장치.
제 1 항에 있어서,
부하 기기에 급전되는 전류 파형 또는 전압 파형을 검출하기 위한 검출기를 더 구비하고, 상기 검출기의 출력 신호에 기초해서, 여자 코일에 공급하는 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 절연 열화 진단 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 검출기의 출력 신호에 기초해서, 구동 주파수를 산출하기 위한 주파수 연산 회로를 더 구비하고,
주파수 추출 회로는, 검출 코일의 출력 신호로부터, 구동 주파수와 같은 주파수 성분을 추출하는 것
을 특징으로 하는 절연 열화 진단 장치.
제 2 항에 있어서,
주파수 추출 회로는, 자성체 코어의 여자 주파수의 2배파 성분을 추출하는 것을 특징으로 하는 절연 열화 진단 장치.
제 2 항에 있어서,
주파수 연산 회로의 연산 결과에 기초해서, 여자 제어 회로의 동작 여부를 판정하기 위한 동작 판정 회로를 더 구비한 것을 특징으로 하는 절연 열화 진단 장치.
제 2 항에 있어서,
주파수 연산 회로의 연산 결과에 기초해서, 절연 열화 진단의 동작 여부를 판정하기 위한 진단 판정 회로를 더 구비한 것을 특징으로 하는 절연 열화 진단 장치.
인버터 장치와 인버터 구동되는 부하 기기 사이에 접속된 전로의 절연 열화를 진단하는 장치로서,
서로 다른 자기 포화 레벨을 갖고, 전로의 0상 전류를 검출하기 위한 복수의 0상 변류기와,
부하 기기에 급전되는 전류 파형 또는 전압 파형을 검출하기 위한 검출기와,
상기 검출기의 출력 신호에 기초해서, 부하 기기의 구동 주파수를 산출하기 위한 주파수 연산 회로와,
주파수 연산 회로의 연산 결과에 기초해서, 복수의 0상 변류기 중 어느 0상 변류기로부터의 출력 신호를 이용해서 절연 열화 진단할지를 판정하는 변환 판정 회로
를 구비한 것을 특징으로 하는 절연 열화 진단 장치.
인버터 장치와 인버터 구동되는 부하 기기 사이에 접속된 전로의 절연 열화를 진단하는 장치로서,
전로의 0상 전류를 검출하기 위한 0상 변류기와,
부하 기기에 급전되는 전류 파형 또는 전압 파형을 검출하기 위한 검출기와,
상기 검출기의 출력 신호에 기초해서, 부하 기기의 구동 주파수를 산출하기 위한 주파수 연산 회로와,
주파수 연산 회로의 연산 결과에 기초해서, 0상 변류기의 감도를 조정하기 위한 감도 조정 수단
를 구비한 것을 특징으로 하는 절연 열화 진단 장치.
제 8 항에 있어서,
자기 포화 변경 수단은, 0상 변류기에 포함되는 자성체 코어의 온도, 또는 자성체 코어에 인가되는 응력을 변경함으로써, 0상 변류기의 감도를 조정하는 것을 특징으로 하는 절연 열화 진단 장치.