KR20190009688A

KR20190009688A - 누전 탐사 정확도 향상을 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20190009688A
Application number: KR1020180026207A
Authority: KR
Inventors: 이현창
Original assignee: 이현창
Priority date: 2017-07-19
Filing date: 2018-03-06
Publication date: 2019-01-29
Also published as: AU2018302946A1; EP3657185A4; JP2020528561A; US20200150189A1; US11435407B2; AU2018302946B2; CN110998347B; CA3070340C; CA3070340A1; EP3657185A1; EP3657185B1; CN110998347A; KR20190124695A; KR102063097B1

Abstract

본 개시의 일 실시예에 따라 누전 검출 장치를 개시한다. 상기 누전 검출 장치는 대지전압을 측정하는 대지전압 측정부, 상기 측정된 대지전압을 샘플링하여 디지털 값으로 변환하는 ADC부, 상기 디지털 값으로 변환된 대지전압의 실효값을 연산하는 실효값 연산부, 상기 대지전압의 실효값에 기초하여, 상기 측정된 대지전압을 푸리에 변환하여 기본주파수―AC 상용전원의 전력주파수―의 정수배인 고조파 성분별 전압을 연산하는 푸리에 변환부, 상기 고조파 성분별 전압에 기초하여, 상기 고조파 성분별 전압을 합산한 전압 대비 기본주파수에 대한 전압 함유율을 연산하는 함유율 연산부, 상기 고조파 성분별 전압에 기초하여, 전체 고조파 왜곡률(Total Harmonic Distortion) 및 고조파 성분별 왜곡률(Hormonic Distortion Factor)을 연산하는 고조파 왜곡률 연산부, 사전 설정된 시간(T1) 동안에 상기 디지털 값으로 변환된 대지전압이 영(Zero) 전압을 통과하는 제로 크로싱(Zero Crossing) 횟수를 산정하는 제로 크로싱 산정부 및 상기 대지전압의 실효값, 상기 전압 함유율, 상기 전체 고조파 왜곡률, 상기 고조파 성분별 왜곡률 및 상기 제로 크로싱 횟수에 적어도 어느 하나에 기초하여, 상기 대지전압을 상기 AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 것으로 판단하고, 상기 판단된 결과에 기초하여 상기 대지전압을 측정한 지역을 누전 의심 구역으로 판단하는 누전 의심 구역 판단부를 포함할 수 있다.

Description

누전 탐사 정확도 향상을 위한 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR IMPROVING ELECTRICAL LEAK DETECTION ACCURACY}

본 발명은 전력 분야에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 누전 탐사 정확도 향상을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

지중에 매설된 전력선의 지락고장(누전)시 다중 공용접지 환경에서 누전발생 여부를 판단하고, 누전위치를 탐사하는 장치 및 방법 등이 공개되었다.

대한민국 등록 특허 10-1559533은 "이동식 누전 탐사 장치 및 방법",

대한민국 공개 특허 10-2017-0007696 "중성선 다중접지 환경에서 누전원 탐사장치 및 방법",

그리고 비특허 문헌으로 전력신기술 제104호인 "중성선 공용접지 환경에서 저압선 경로 및 누전탐사 기술이 있다.

전기사업자는 전력설비 고장의 대부분을 차지하는 지락(누전)고장, 전력설비에 충전된 감전 위험전압이 절연불량 개소에서 대지로 흘러나오는 고장을 검출하기 위하여 전원 (변압기)의 중성점을 대지에 접지하고, 누전발생 시 고장(누전)전류가 대지를 통해 상기 전원의 접지된 중성점으로 귀환되는 전류의 크기를 상시 감시하여 누전발생을 검출하고 고장원인을 제거하였다. 즉 전원(변압기)으로 귀환되는 전류 중 불평형 부하전류 귀환은 중성선을, 지락(누전) 고장전류 귀환은 대지를 통해 전원(변압기)의 중성점으로 귀환하도록 하였다.

그러나 지락(누전)고장 발생 위치가 전원(변압기)과 원거리에 있을 경우, 대지 저항이 높아져 고장(누전)전류가 상기 전원의 접지된 중성점으로 귀환되지 못하는 경우가 발생하여, 귀환 고장전류를 검출하지 못해 누전을 검출할 수 없어 아무런 보호조치 없이 전력을 계속 공급하여 감전사고 위험성이 높아지는 경우가 발생하였다.

이렇게 전원과 누전발생 위치에 따라 대지저항에 의한 감전위험이 발생되는 것을 방지하기 위하여 IEC 60364 등의 규정을 따라 전력선의 중간에 중성선을 여러 곳에 대지접지하는 다중 공용접지 방식을 도입하여, 이전에는 전원(변압기)의 일점만을 접지하던 것을 상기 전원의 접지된 일점이 연장된 전력선(중성선)의 여러 곳을 대지에 접지하여 고장(누전)전류 귀환거리를 단축하여 대지저항에 의한 영향을 최소화 하여 감전사고를 방지하도록 하였다.

그러나 전력선의 중성선을 여러 곳에 다중 접지할 때 접지구간 내 폐로(Earth Loop)가 형성되어 고장(누전)전류가 아닌 정상(부하 불평형) 귀환전류가 타 중성선으로 순환 되거나, 고장(누전)전류가 중성선 다중접지를 통해 중성선으로 유입되어 흐를 때 고장전류와 정상 귀환전류를 구분할 수 없어 이전처럼 전력선에 흐르는 전류의 벡터 합을 구하여 누전여부를 검출하거나 누전 의심구간을 파악하지 못하는 문제점이 발생하였다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 이전기술에서는 도 1과 같이 누전여부 및 누전구간 파악을 이전과 같이 귀환전류와 전류벡터 합이 아닌 누전에 의해 대지전위가 상승된 곳을 검출하여 누전 의심구간 파악하고 다시 그 곳의 전력선에 누전탐사 신호를 주입하고 탐사하여 누전점 탐사하는 기술이 개발되었다.

도 1은 이전기술에서 사용하던 대지전압을 측정하여 누전 탐사하는 업무의 흐름도이다. 즉 임의의 대지점 또는 상기 대지점과 접지된 인근 고객설비의 중성선(미표기)과 원격접지간 대지전압(V1)을 측정하고, 이 때 V1이 문턱값을 초과하고 (103) 전력주파수 성분(Vf)을 일정비율 이상 포함하는 함유율 값을 가지고(104) 또한 내부 임피던스를 바꿔도 V1의 전압값이 유지되는 변동률을 가질 경우(105) 실제 누전원 존재 가능성이 있는 누전 의심구간으로 판정하는 누전 의심구간(102) 탐사업무와, 상기 누전 의심구간 내에 있는 전력선에 누전탐사 신호발생장치를 연결하고(107) 상기 전력선의 매설경로를 따라 이동하며(108,109) 상기 누전탐사 신호발생장치가 전송하는 누전탐사 신호를 누전 검출장치를 사용하여 대지에서 검출하여(110,111,112) 누전점 위치를 판정하는(113) 누전점 탐사업무(106)로 구성된다.

도 2는 상기 도 1에서 보여준 두개의 별개업무, 즉 누전 의심구간(102) 및 누전점 탐사업무(106)를 수행하기 위한 누전 검출 장치의 전단(Front End) 회로 및 내부 알고리즘 구성을 보여주고 있다. 임의의 대지점 또는 상기 대지점과 근접한 고객설비의 중성선(미표기)과 원격접지간 전압(V1)을 측정하고(122) 이 때 포함된 전력주파수(50 또는 60Hz) 전압(Vf)과의 의 비를 [수학식 1]과 같이 함유율을 구하고, [수학식 2]와 같이 측정회로 입력 임피던스를 변경하며 측정되는 전압크기의 변동율을 (123)구하여 누전 의심구간(102)을 탐사하고 있다.

위와 같이 임의의 대지점 등에서 측정한 대지전압이 누전의심 구간으로 판정되면 그 구간 내에서 누전원 위치를 파악하는 누전점 탐사업무(106)를 시행한다.

도 3은 상기 누전 의심구간 내에서 누전점 탐사를 하기 위한 장비의 구성을 보여주고 있다. 누전 의심구간에 있는 전력선(202,203)에 누전탐사 신호 발생장치(132,133)를 연결하고, 전류펄스 신호장치(132)가 전송하는 전류신호에 의해 발생되는 자계신호 (141,142)를 지상에서 검출하여 매설경로를 따라 이동하며, 누전 검출 장치(131)는 대지전압(212)에 포함된 전압펄스 신호(140)를 자계신호(141,142)가 통보하는 신호발생 시간에 대지에서 검출한다. 상기 전압펄스 신호(140)는 상기 자계신호(141,142)가 수신된 시간과 일정 간격을 두고 다음 전압펄스 신호를 발생하도록 설계되어 누전 검출 장치(131)는 시간 간격을 두고 다음 전압펄스 신호(140) 발생시간에 대지전압에 포함되어 있는 신호를 검출하고 그 신호의 최대점을 누전점으로 판정(128)하게 된다.

위와 같이 대지전압에 함유된 누전 전압 펄스 신호(140)를 누전 의심 구간 내의 대지 상에서 검출하여 중성선 다중 접지와 관계없이 누전원 위치를 파악할 수 있는 기술이 현장에서 사용되고 있었으나, 도 4와 같이 전력선과 인근의 도전체가 자계 또는 정전 결합되어 발생되는 유기전압 또는 다중접지 중성선에 흐르는 불평형 부하전류가 접지점을 통해 대지로 흐를 때 발생되는 표류전압에 의해 대지전위가 상승되어도 도 5와 같이 이를 누전으로 판정하는 오류를 범하고 있다.

즉 이전 기술에서는 상용전원을 전송 또는 저장하는 전력설비의 절연불량으로 위험전압이 대지로 흘러나오는 실제 누전과 전력선 주변에 기생하는 유기전압 또는 표류전압에 의한 대지전위 상승을 구별하기 위하여 함유율과 전압변동율을 측정하여 구분하려 하였으나 이를 현장에서 적용 시 정확하게 구별하지 못하고 도 5와 같이 전력선 인근 기생 전압원 위치를 누전점으로 탐사하는 오류를 발생하고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 실제 누전원과 전력선 주변에 상시 기생하는 유기 또는 표류 전원을 정확히 구분할 수 있는 방법과 장치의 제안이 필요하게 되었다.

전술한 바와 같은 과제를 실현하기 위한 본 개시의 일 실시예에 따라 누전 검출 장치를 제공한다. 상기 누전 검출 장치는 대지전압을 측정하는 대지전압 측정부, 상기 측정된 대지전압을 샘플링하여 디지털 값으로 변환하는 ADC부, 상기 디지털 값으로 변환된 대지전압의 실효값을 연산하는 실효값 연산부, 상기 대지전압의 실효값에 기초하여, 상기 측정된 대지전압을 푸리에 변환하여 기본주파수―AC 상용전원의 전력주파수―의 정수배인 고조파 성분별 전압을 연산하는 푸리에 변환부, 상기 고조파 성분별 전압에 기초하여, 상기 고조파 성분별 전압을 합산한 전압 대비 기본주파수에 대한 전압 함유율을 연산하는 함유율 연산부, 상기 고조파 성분별 전압에 기초하여, 전체 고조파 왜곡률(Total Harmonic Distortion) 및 고조파 성분별 왜곡률(Hormonic Distortion Factor)을 연산하는 고조파 왜곡률 연산부, 사전 설정된 시간(T1) 동안에 상기 디지털 값으로 변환된 대지전압이 영(Zero) 전압을 통과하는 제로 크로싱(Zero Crossing) 횟수를 산정하는 제로 크로싱 산정부 및 상기 대지전압의 실효값, 상기 전압 함유율, 상기 전체 고조파 왜곡률, 상기 고조파 성분별 왜곡률 및 상기 제로 크로싱 횟수에 적어도 어느 하나에 기초하여, 상기 대지전압을 상기 AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 것으로 판단하고, 상기 판단된 결과에 기초하여 상기 대지전압을 측정한 지역을 누전 의심 구역으로 판단하는 누전 의심 구역 판단부를 포함할 수 있다.

상기 사전 설정된 시간(T1)은, 상기 AC 상용전원의 주기의 사전 설정된 정수배인 시간일 수 있다.

또한, 상기 누전 검출 장치는 상기 사전 설정된 시간(T1) 동안에 상기 측정된 대지전압에 고조파에 의한 디스토션(Distortion)이 발생한 횟수인 디스토션 횟수를 산정하는 디스토션 산정부를 더 포함할 수 있고, 상기 누전 의심 구역 판단부는, 상기 대지전압의 실효값, 상기 전압 함유율, 상기 전체 고조파 왜곡률, 상기 고조파 성분별 왜곡률, 상기 제로 크로싱 횟수 및 상기 디스토션 횟수에 적어도 어느 하나에 기초하여 누전 의심 구역을 판단할 수 있다.

상기 디스토션 산정부는, 상기 샘플링하여 변환된 제1 대지전압의 디지털 값과 다음 샘플링 주기 이후에 샘플링하여 변환된 제2 대지전압의 디지털 값의 제1 변화량의 극성 및 상기 제2 대지전압의 디지털 값과 다음 샘플링 주기 이후에 샘플링하여 변환된 제3 대지전압의 디지털 값의 제2 변화량의 극성이 다른 경우에 고조파에 의한 디스토션(Distortion)이 발생한 것으로 판단하여 상기 디스토션 횟수를 산정할 수 있다.

또한, 상기 대지전압 측정부는, 지표면 상의 임의의 지점인 측정점 a와 연결되는 전극, 상기 측정점 a와 상이한 지표면 상의 임의의 지점인 측정점 b와 연결되는 전극, 상기 측정점 a 및 상기 측정점 b 사이와 병렬로 연결된 저항 어레이 및 상기 저항 어레이 양단 사이의 전압을 측정하는 전압 측정부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제로 크로싱 산정부는, 상기 사전 설정된 시간(T1) 동안에, 상기 대지전압의 극성이 변하는 경우에 상기 영(Zero) 전압을 통과하는 제로 크로싱 횟수를 산정할 수 있다.

또한, 상기 누전 의심 구역 판단부는, 상기 대지전압의 실효값이 상기 사전 설정된 문턱 전압값을 초과하고, 상기 전압 함유율이 사전 설정된 전압 함유율을 초과하고, 상기 전체 고조파 왜곡률이 사전 설정된 전체 고조파 왜곡률 미만이고, 상기 고조파 성분별 왜곡률이 사전 설정된 고조파 성분별 왜곡률 미만이고, 상기 제로 크로싱 횟수가 사전 설정된 횟수와 일치하는 경우에, 상기 대지전압을 상기 AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 것으로 판단할 수 있다.

또한, 상기 누전 의심 구역 판단부는, 상기 대지전압의 실효값이 상기 사전 설정된 문턱 전압값을 초과하고, 상기 전압 함유율이 사전 설정된 전압 함유율을 초과하고, 상기 전체 고조파 왜곡률이 사전 설정된 전체 고조파 왜곡률 미만이고, 상기 고조파 성분별 왜곡률이 사전 설정된 고조파 성분별 왜곡률 미만이고, 상기 제로 크로싱 횟수가 사전 설정된 횟수와 일치하고, 상기 디스토션의 횟수가 사전 설정된 횟수 미만인 경우에, 상기 대지전압을 상기 AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 것으로 판단할 수 있다.

또한, 상기 누전 검출 장치는, 탐사 전류 발생 장치로부터 발생되는 자계 신호를 수신하는 자계 신호 수신부, 누전 검출 전압 신호 발생 장치로부터 발생되는 누전 검출 전압 신호를 수신하는 누전 검출 전압 신호 수신부, 상기 자계 신호에 기초하여 상기 누전 의심 구역에 매설된 전력선의 경로를 탐색하는 전력선 매설 경로 탐색부 및 상기 누전 검출 전압 신호에 기초하여 상기 매설된 전력선의 누전점을 판단하는 누전점 판단부를 더 포함할 수 있다.

상기 누전점 판단부는, 상기 누전 검출 전압 신호의 수신여부에 따라 논리값을 설정하고, 상기 설정된 논리값과 상기 누전 검출 전압 신호 발생 장치에서 발생시킨 상기 누전 검출 전압 신호의 논리값과 일치하고 상기 누전 검출 전압 신호의 크기가 최대값을 가지는 지점을 누전점으로 판단할 수 있다.

또한, 본 개시의 일 실시예에 따라 누전을 검출하는 방법을 제공한다. 상기 누전을 검출하는 방법은, 대지전압을 측정하는 단계, 상기 측정된 대지전압을 샘플링하여 디지털 값으로 변환하는 단계, 상기 디지털 값으로 변환된 대지전압의 실효값을 연산하는 단계, 상기 대지전압의 실효값에 기초하여 상기 측정된 대지전압을 푸리에 변환하여 기본주파수― AC 상용전원의 전력주파수―의 정수배인 고조파 성분별 전압을 연산하는 단계, 상기 고조파 성분별 전압에 기초하여, 상기 고조파 성분별 전압을 합산한 전압 대비 기본주파수에 대한 전압 함유율을 연산하는 단계, 상기 고조파 성분별 전압에 기초하여, 전체 고조파 왜곡률(Total Harmonic Distortion) 및 고조파 성분별 왜곡률(Hormonic Distortion Factor)을 연산하는 단계, 사전 설정된 시간(T1) 동안에 상기 디지털 값으로 변환된 대지전압이 영(Zero) 전압을 통과하는 제로 크로싱(Zero Crossing) 횟수를 산정하는 단계 및 상기 대지전압의 실효값, 상기 전압 함유율, 상기 전체 고조파 왜곡률, 상기 고조파 성분별 왜곡률 및 상기 제로 크로싱 횟수에 적어도 어느 하나에 기초하여, 상기 대지전압을 상기 AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 것으로 판단하고, 상기 판단된 결과에 기초하여 상기 대지전압을 측정한 지역을 누전 의심 구역으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 일 실시예에 따라, 상용전원 전력설비 주변에 상시 존재하는 기생전압과 인명 및 설비사고를 유발할 수 있는 절연불량에 의한 누설된 전압(누전전압)을 전력선 구성과 무관하게 임의의 대지에서 이동하며 전위 상승위치를 파악하고 구별할 수 있는 수단과 방법을 제시하여 누전탐사 정확도 향상에 의한 감전사고 예방이 가능하다.

이 밖에도, 본 개시내용과 관련하여 후술될 실시 예들을 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 새롭게 파악될 수도 있을 것이다.

도 1은 이전 기술에서 누전탐사를 위한 업무 흐름도이다.
도 2는 이전 기술에서 누전 검출 장치(131)의 내부 구성도이다.
도 3은 누전점 탐사를 위한 누전탐사 신호장치 및 누전 검출 장치의 설치 구성도이다.
도 4는 전력선과 정전, 자계결합에 의한 유기전압 발생을 보여주고 있다.
도 5는 이전 기술이 전력선 주변 기생전압(유기, 표류전압)에 의해 대지전위 상승을 참 누전으로 오인하는 것을 설명하고 있다.
도 6은 참 누전이 발생하는 장소에서 대지전압 파형의 실례이다.
도 7은 전력선 기생전압에 의해 상승된 대지전압 파형의 실례이다.
도 8은 전력선 기생전압에 의해 상승된 대지전압 파형의 따른 실례이다.
도 9은 참 누전에 의해 상승된 대지전압의 파형 및 푸리에 변환시 주파수(고조파)별 스펙트럼이다.
도 10은 기생전압에 의해 상승된 대지전압 파형 및 푸리에 변환시 주파수(고조파)별 스펙트럼이다.
도 11은 기생전압에 의해 상승된 대지전압 파형에서 디스토션 카운트 발생횟수를 표시하고 있다.
도 12는 왜곡된 파형에서 디스토션 카운트 방법을 설명하고 있다.
도 13은 상기 도 12와 같은 디스토션 카운트를 위한 업무 흐름도이다.
도 14는 별도의 누전탐사 신호전송(주입) 없이 참 누전에 의해 대지전압 상승된 곳, 즉 누전 검출 장치(131)의 누전 의심구역 탐사 구성을 보여주고 있다.
도 15는 상기 도 14의 누전 의심구역 탐사업무 흐름도이다.
도 16은 상기 도 15의 누전 의심구역 판정된 곳에 위치한 전력선에 누전탐사 신호전송(주입) 후 누전검출장치 사용한 누전점 탐사 구성을 보여주고 있다.
도 17은 도 16의 누전점 탐사업무 흐름도이다.
도 18은 참 누전에 의해 대지전위가 상승된 곳, 즉 누전 의심구간을 탐사하는 것을 설명하고 있다.
도 19는 누전 의심구간에서 누전점 탐사하는 것을 설명하고 있다
도 20은 별도의 누전탐사 신호 전송(주입)없이 참 누전에 의해 대지전압이 상승된 곳을 탐사한 결과를 표시하는 화면의 일례이다.
도 21은 도 20의 참 누전에 의해 전위가 상승된 대지전압을 푸리에 변환한 결과를 표시한 화면의 일례이다.
도 22는 도 20의 참 누전에 의해 전위가 상승된 대지전압의 파형을 보여주는 화면의 일례이다.
도 23은 도 20의 참 누전에 의해 대지전위 상승된 곳을 누전 의심구역으로 판정 후 해당 구간 내 전력선에 누전탐사 신호를 전송(주입)하고 누전점 탐사한 결과를 표시한 화면의 일례를 보여주고 있다.
도 24는 별도의 누전탐사 신호 전송(주입)없이 기생전압에 의해 대지전압이 상승된 곳을 탐사한 결과를 표시하는 화면의 일례이다.
도 25는 도 24의 기생전압에 의해 전위가 상승된 대지전압을 푸리에 변환한 결과를 표시한 화면의 일례이다.
도 26은 도 24의 기생전압에 의해 전위가 상승된 대지전압의 파형을 보여주는 화면의 일례이다.
도 27은 도 24의 기생전압에 의해 대지전위 상승된 곳이 비록 누전 의심구역으로 판정되지 않았지만 오판정 여부를 확인하기 위해 전력선에 누전탐사 신호를 전송(주입)하고 누전점 탐사한 결과 표시한 화면의 일례를 보여주고 있다.
도 28은 파형 찌그러짐 판단 위한 ZCC / DC 기능선택 화면의 일례이다.
도 29는 본 발명의 다른 실시예에 따른 누전 검출 장치의 블록도이다.
도 30은 본 발명의 다른 실시예에서 대지전압을 측정하는 방법을 설명한 예시이다.
도 31은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스토션 횟수를 산정하는 방법을 설명한 예시이다.
도 32은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스토션 횟수를 산정하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 33은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자계 신호 수신 및 누전 검출 전압 신호 수신을 위한 프로토콜 설명도이다.
도 34는 본 발명의 다른 실시예에 따른 누전 검출 전압 신호 시작 시간 통보와 누전 검출 전압 신호가 측정된 시간과의 관계를 보여주는 예시이다.
도 35는 본 발명의 다른 실시예에 다른 누전 의심 구역을 판정하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 36은 본 발명의 다른 실시예에 따른 누전점을 판정하는 방법에 대한 흐름도이다.

다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 구성요소를 나타내기 위해서 사용된다. 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 개시의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 구체적인 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이어그램 형태로 제공된다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "컴포넌트", "모듈", "시스템" 등은 컴퓨터-관련 엔티티, 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 소프트웨어 및 하드웨어의 조합, 또는 소프트웨어의 실행을 지칭한다. 예를 들어, 컴포넌트는 프로세서상에서 실행되는 처리과정, 프로세서, 객체, 실행 스레드, 프로그램, 및/또는 컴퓨터일 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 컴퓨팅 장치에서 실행되는 애플리케이션 및 컴퓨팅 장치 모두 컴포넌트일 수 있다. 하나 이상의 컴포넌트는 프로세서 및/또는 실행 스레드 내에 상주할 수 있고, 일 컴포넌트는 하나의 컴퓨터 내에 로컬화될 수 있고, 또는 2개 이상의 컴퓨터들 사이에 분배될 수 있다. 또한, 이러한 컴포넌트들은 그 내부에 저장된 다양한 데이터 구조들을 갖는 다양한 컴퓨터 판독가능한 매체로부터 실행할 수 있다. 컴포넌트들은 예를 들어 하나 이상의 데이터 패킷들을 갖는 신호(예를 들면, 로컬 시스템, 분산 시스템에서 다른 컴포넌트와 상호작용하는 하나의 컴포넌트로부터 데이터 및/또는 신호를 통해 다른 시스템과 인터넷과 같은 네트워크를 통한 데이터)에 따라 로컬 및/또는 원격 처리들을 통해 통신할 수 있다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 개시를 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 개시의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 개시는 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용되는 용어 “전류 펄스 발생 장치” 및 “탐사 전류 발생 장치”는 종종 상호교환 가능하게 사용될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어 “전압 펄스 발생 장치” 및 “누전 검출 전압 신호 발생 장치”는 종종 상호교환 가능하게 사용될 수 있다.

본 발명은 전력선의 중간에서 중성선을 대지 접지하는 다수 개의 "전력선 PEN"(Protective Earthed Neutral)을 가진 중성선 다중접지(MEN, MultipleEarthed Neutral)환경에서 효율적인 누전탐사를 위해 탐사 대상을 한정할 수 있도록 누전의심 구역(Suspicious earth leaking area)과 누전원 정보를 제공하는 장치 및 방법에 관한 발명이다.

상용전원이 충전된 전력설비와 근접하여 상시 존재하는 기생 전압원, 즉 전력선과 정전 또는 자계 결합된 도전체가 가진 유기전압 또는 중성선 다중접지에 따라 중성선 귀환전류가 대지로 흐르며 발생하는 표류 전압을 실제 누전전압과 구분하기 위해 그러한 사례의 파형을 측정한 결과 도 7 또는 도 8과 같은 형태를 가진 것을 알게 되었다. 즉 전력설비의 절연불량으로 인해 대지로 흘러나온 상용전원에 의해 참 누전 위치에서 전위가 상승한 대지전압 파형은 도 6과 같은 전력주파수를 함유하는 순수 사인파형이나 기생전압에 의한 것은 이와 달리 다수의 위상과 크기 차를 가진 성분들이 합성된 파형을 갖게 된다.

도 3에서와 같이 지중 누전점(207)에서 상용전원은 상대적으로 높은 내부 임피던스를 갖고 있어 비록 지표면에 도달할 때까지 R1을 통한 전압강하가 발생하지만 측정점(135)에서 대지전압은 도 6과 같이 외부 잡음 등을 포함하지 않는 순수한 단일 전력주파수(50 또는 60Hz) 특성을 가진 사인파 특성을 가지게 있다.

이러한 점을 감안하여 이전 기술에서는 도 2와 같이 전력주파수(50 또는 60Hz) 전압값(Vf) 대비 전체 전압값(V1)의 비인 함유율과 대지전압의 실전압 여부를 확인하는 전압의 변동율을 구하여 누전을 판정하였으나, 기생전압(유기, 표류전압)에 의해 대지전압 상승되는 곳을 구별할 수 없어 이를 참 누전으로 판정하는 문제점이 발생하였다.

도 7은 기생전압 파형의 일례를 보여주고 있다. 전력주파수인 60Hz 파형과 유사하지만 함유율이 85% 미만이어서 기생전압으로 판단하여 문제가 없지만, 도 8에서는 기생전압이 순수 파형이 아닌 디스토션을 포함하여 찌그러진 파형임에도 불구하고 함유율이 85% 이상을 유지하여 참 누전으로 오인하고 있는 사례이다

도 9는 도 8을 구분하기 위하여 누전점 위치에서 대지전압의 제로크로싱 횟수를 세는(카운트 하는) 방법과 푸리에 변환 후 전력주파수 및 그 고조파의 크기를 보여주고 있다.

도 10은 도 9와 똑같은 방법으로 기생전압원 매설위치에서 대지전압의 제로크로싱 횟수를 세는 방법과 푸리에 변환 후 전력주파수 및 그 고조파의 신호크기를 보여주고 있다.

도 9 및 도 10과 같이 입력된 대지전압을 함유율 이외에 추가로 제로크로싱 횟수를 카운트 함으로써, 도 7과 같은 기생전압이 비록 85% 이상의 함유율을 가지고 있더라도 실례에서는 5싸이클 동안 제로크로싱 횟수를 셀 경우 참 누전에서는 10회의 제로크로싱 카운트(ZCC,Zero Crossing Count)를 가지게 되지만, 기생전압은 10회를 초과하는 ZCC를 갖게 되므로 입력된 기생전압을 구별할 수 있도록 한다.

그러나 [도 7]과 같은 파형의 참 누전전압 여부를 판단하기 위해 전압값 0점을 교차하는 ZCC(Zero Crossing Count)를 세어 판정하였으나 기본주파수와 유사한 ZCC를 가지고 있어 판정의 오류가 발생할 수 있어, 순수 사인파가 아닌 찌그러짐(디스토션)을 포함하는 파형을 정확히 판단하기 위하여 필요에 따라 ZCC 대신 디스토션(찌그러짐) 횟수를 카운트(DC, Distortion Count)하여 도 7과 같은 전력주파수 형태를 가진 찌그러짐 파형을 가진 기생전압을 걸러낼 수 있도록 하였다

도 11은 찌그러짐 파형의 디스토션 카운트 개소를 설명하고 있다.

도 12는 도 11과 같이 디스토션이 발생하는 개소의 숫자를 카운트 하기 위한 방법을 설명하고 있다. 즉 현재 신호값과 이전 신호값의 차를 구하여 극성이 반전되었을 경우 1 카운트를 추가하도록 하였고 [도 13]은 흐름도로 5싸이클 동안DC 카운트 업무 흐름을 설명하고 있다.

본 발명에 따른 실례로 도 28은 파형의 찌그러짐을 판달할 때 ZCC 또는 DC를 선택할 수 있는 화면(60)이며 ZCC(61)를 선택하지 않고 DC(62)를 선택하였을 경우에는 차값의 크기(DC를 카운트 하기 위한 극성 반전 결정하는 샘플차의 크기)를 화면 63에서 설정하여야 한다. 실례에서는 2,069 샘플차로 설정되어 있음을 확인할 수 있다.

도 23와 도 27의 DC Count값(48)은 참 누전위치에서 17과 기생전압 위치에서는 49가 나오는 것을 확인할 수 있으며, DC의 카운트 수가 8 < DC <28일 경우에는 참 누전전압으로 판정하였고 그 범주를 벗어나는 경우에는 기생전압으로 판단하여 무시하도록 하였다,

또한 도 9와 같이 푸리에 변환한 결과 참 누전점에서는 전력주파수인 60Hz의 기본주파수 성분이 대부분을 차지하여 기존 방식인 함유율 85% 이상과 일치하지만, 도 10과 같이 기생전압에서는 60Hz 기본주파수 성분은 줄어든 반면 제3고조파인 180Hz를 비롯한 타 고조파 성분이 증가하는 것을 관찰할 수 있다.

이에 따라 기존 함유율의 정확도를 향상시키기 위해 입력 대지전압 신호를 하드웨어 필터링 하는 대신 푸리에 변환 후 다음과 같이 함유율 및 전력주파수와 고조파별 THD의 문턱값을 지정하여 운영하였다.

다음은 도 21과 도 25의 참 누전전압 및 기생전압을 푸리에 변환하였을 때 전력주파수 및 각 홀수 고조파 스펙트럼 전압값 측정표이다

주파수 스펙트럼	전압값(V)
기본주파수(V1)	2.892
제3고조파(V3)	0.114
제5고조파(V5)	0.034
제7고조파(V7)	0.017
제9고조파(V9)	0.016
Total(Vt)	3.073

주파수 스펙트럼	전압값(V)
기본주파수(V1)	1.751
제3고조파(V3)	0.248
제5고조파(V5)	0.062
제7고조파(V7)	0.039
제9고조파(V9)	0.035
Total(Vt)	2.135

상기 표 1과 표 2의 측정값을 기초로 하여 다음과 같이 고조파 찌그러짐율을 구한 결과를 표 3과 같다.

구분	참 누전전압	기생전압	문턱값	비고
함유율(V1/Vt)	94.11%	82.01%	85.5% >
THD	4.20%	14.90%	< 10%
THD_F3	3.94%	14.16%	< 10%
THD_F5	1.17%	3.54%	< 3%
THD_F7	0.58%	2.22%	< 2%

위 표 3과 같은 함유율과 고조파별 문턱값을 설정하여 이 문턱값 범위 내에 있는 대지전압 신호만을 참 누전전압으로 판정하고 이 지역을 누전원이 존재할 수 있는 누전 의심 구역으로 판정하도록 하였다.

위와 같이 신호에 포함된 전력주파수 신호(기본주파수)의 함유율 및 THD, ZCC 또는 DC를 측정하여 본 발명의 실례와 같이 누전원 위치를 찾는 방법 및 장치로 한정되는 것이 아니라 타 진단기술에서도 전력설비의 절연불량 위치를 찾는 기술로도 활용이 가능할 것이다.

도 14는 본 발명에 따른 별도의 누전탐사 신호를 전송(주입)하지 않고 임의의 대지에서 자유로이 이동하며 누전의심 구간을 판단할 수 있는 누전검출장치(101)의 누전 의심구간 탐사 구성을 보여주고 있다. 이전과 달리 하드웨어 필터를 사용하지 않고 푸리에 변환하여 기본주파수(60Hz)의 전압(V1)과 전체전압(Vt) 등을 구하여 함유율, THD 등을 구하고, 또한 파형의 찌그러짐을 판단하기 위하여 ZCC 또는 DC를 카운트하도록 하였다.

도 15 도 14의 기능인 누전 의심구간 탐사업무의 흐름도를 보여주고 있다.

도 16은 본 발명에 따른 상기 누전 의심구간으로 판정된 구간 내에 있는 전력설비(전력선)에 누전 탐사신호를 전송(주입)하고 일정 위치 내에서 이동하며 누전원 위치를 판단할 수 있는 누전 검출 장치(131)의 누전점 탐사 구성을 보여주고 있다. 누전점 탐사를 시행할 때 도 3과 같이 누전탐사 전압(133) 및 전류신호를 누전의심 구간 내의 전력선(202,203)에 주입하고, 전력선에 흐르는 누전탐사 전류신호에 의해 발생되는 자계신호(141,142)를 대지 상에서 수신하여 상기 전력선(202,203)의 매설경로를 따라 이동하며 지표면에서 누전 검출 장치(131)를 대지면에 접촉(135,136)하여 대지전압을 측정하여 누전점 위치를 찾는 누전탐사를 시행한다. 이 때 경로탐사 시 사용했던 자계신호(141,142)를 받아 다음에 발생할 누전탐사 전압펄스 신호(140)의 발생시간에 맞춰 측정하고 누전탐사 전압펄스 신호(140) 포함된 코딩값을 분석하여 진위를 파악하고 만약 코딩값이 일치하는 경우 상기 누전탐사 전압펄스 신호(140)의 최대 검출위치를 누전점으로 판정한다.

도 17은 도 16의 구성을 이용한 누전 탐사업무 흐름도를 보여주고 있다.

이전기술과 비교하여 본 발명에서는 누전을 판정하기 위한 함유율의 정확도를 높이기 위해 이전의 하드웨어 필터링하여 전력주파수 성분의 크기와 전체 전압을 비를 사용하여 함유율을 산출하였으나, 본 발명에서는 푸리에 변환 후 전력주파수 대비 고조파 성분의 합(Total harmonics)를 비교하여 함유율을 계산하여 정확도를 향상시켰고 또한 파형의 찌그러짐 정도를 파악할 수 있는 기능을 추가하였다.

또한 이전 기술에서는 누전 의심구간 내에서 누전점 탐사시 참 누전원만 있다는 가정하에 별도의 기생전압 필터링 기능을 생략하고 누전탐사 전압신호에 포함된 신호의 크기만을 측정하여 판단하였으나, 누전의심 구간 내에서도 기생전압이 존재할 수 있다는 것을 알게 되어 누전점 탐사모드에서도 이전과 달리 입력 대지전압의 참 누전전압 여부를 우선 확인한 후, 참 누전전압이라고 판정되는 경우에만 누전점 탐사 결과에 따라 누전점 경보를 발생하도록 하였다.

도 18은 본 발명에 따른 누전 의심구역 탐사한 결과를 위치별로 표시하고 있다. 누전점이 아닌 곳에서는 대지전압(Vrms), 함유율, ZCC/DC 및 THD 등이 문턱값에 미치지 못해 정확히 누전점 위치에서 경보가 발생하는 것을 알 수 있다.

도 19는 누전점 탐사한 결과를 위치별로 표시하고 있다. 누전점에서 정확히 붉은색 누전경보와 함께 누전탐사 신호가 검출되어 최대 위치를 파악하여 누전점으로 판정할 수 있도록 되어 있으며, 만약 도면의 오른쪽 위치와 같이 기생전압에 대지전위가 500mV 이상 상승되어도 참 누전전압 여부를 걸러내는 알고리즘 중 디스토션 카운터와 제3고조파 THD의 문턱값을 통과하지 못해 누전경보가 발생하지 않아 비록 누전탐사 신호가 검출되어도 이는 참 누전이 아니라고 판단되어 무시되도록 하였다.

다음은 본 발명에 따른 누전검출장치의 화면구성을 설명하고자 한다.

도 20에서 도 23까지는 참 누전전압 개소에서 측정한 결과를 보여주는 화면이다. 도 20은 누전 의심구간 탐사 화면(29)이며 V1(21)은 전체 고조파 전압의 합이며 Vf(22)는 전력주파수인 60Hz의 기본주파수 전압이고 R(23)은 함유율을 보여주고 있다. 또한 Z(24)는 ZCC횟수이며 25, 26, 27, 28은 THD 및 홀수 고조파별 THD가 문턱값을 초과하지 않는지 여부를 색깔로 보여주고 있다. 즉 4개 모두 문턱값의 조건에 맞는다고 붉은 색으로 표시하였다. 이러한 모든 조건이 충족되면 사용자는 해당 위치 근처에서 참 누전원이 존재하고 있다고 판정하고 다음 과정인 누전점 탐사업무를 수행한다.

도 21은 도 20의 버튼 31을 눌렀을 때 나타나는 푸리에 변환결과 스펙트럼별 전압값을 보여준다. 기본주파수(5) 전압은 2.8926V(2)이며, 전체 전압은 3.07V(1)라는 것을 알 수 있다. 이를 계산하면 함유율(4)은 94%이며 비록 모든 것이 보이지는 않지만 장치는 모든 조건을 만족한다고 판단하여 누전경보(3)를 발생하고 있다.

도 22는 도 20의 파형버튼(32)을 누를 때 보여주는 파형화면이다. 측정하는 대지전압의 파형의 형태를 관찰할 수 있으며 함유율과 ZCC 및 누전경보를 확인할 수 있다.

도 23은 도 20과 같은 장소에서 누전 의심구간으로 판정되어 전력선에 탐사 신호장치를 연결한 후 누전신호의 최대점에서 캡쳐한 화면이다. 누전신호 값은 4,625(41)를 가르키고 있고, 코딩값(56, 57)을 표시하고 있다. 기타의 사항은 참 누전전압 여부를 파악하는 것으로서 도 20과 동일하다.

도 24에서 도 27은 기생전압을 측정한 결과를 보여주는 화면의 일례이다. 도 24는 기생전압에 의해 전위가 상승된 대지전압을 측정하여 누전 의심구간 여부를 탐사하는 화면(29)이며 나머지 설명은 [도 20]과 동일하다. 그러나 전체 대지전압 V1(21)은 문턱값인 500mV에 미치지 않고, 또한 함유율 R(23)도 85%에 이르지 못하고 있다. 디스토션 카운트는 49회를 보이고 있고 THD 대부분도 문턱값을 만족하지 못하는 것을 확인할 수 있다.

도 25는 도 24에서 대지전압을 푸리에 변환한 결과를 보여주고 있다. 함유율(4)이 82%로 기본주파수 스펙트럼 전압(5, 2)값이 상대적으로 낮고 대신 제3고조파 전압(6)값이 높아진 것을 확인할 수 있으며, 모든 조건을 만족하지 않아 누전경보(3)는 발생하지 않고 있다.

도 26은 도 24의 대지전압 파형을 보여주고 있다. 순수 사인파가 아닌 찌그러짐이 많이 포함된 파형이라는 것을 알 수 있고, 이것을 다시 하단의 디스토션 카운트(15)가 5싸이클 동안 47회가 카운트 되었다는 것을 보면 순수 사인파형이 아닌 찌그러짐이 심한 기생전압이라는 것을 파형을 보지 않고서도 DC 카운트만으로 쉽게 판정할 수 있도록 하였다.

도 27은 도 24의 장소에서 비록 누전 의심구간으로 판정되지 않았지만 이전 기술과 같이 혹시 오판정이 일어나는지 여부를 확인하기 위해 전력선에 탐사 신호장치를 연결한 후 누전신호의 최대점에서 캡쳐한 화면이다. 누전신호 값은 기생전압에 의해 4,685(41)를 가르키고 있지만 코딩값이 일치하지 않아 표시되지 않고, DC 카운트가 49 및 함유율이 80% 등으로 참 누전전압이 아니라는 것을 알 수 있으며 비록 기생전압에 포함된 누전전압 신호를 검출하더라도 기타 다른 참 누전전압 판정 로직을 통과하지 못해 누전신호는 무시되고 누전점으로 판정하지 못하도록 누전경보를 발생하지 않고 있다.

도 28은 대지전압 파형의 찌그러짐 등을 판정하기 위해 ZCC 또는 DC를 카운트 하는 것을 선택하는 화면이다.

이와 같이 본 발명에서는 상용전원을 전송하거나 저장하는 전력설비의 절연불량으로 전력의 일부가 의도와 달리 대지로 흘러나와 대지전압을 상승시키는 위치를 찾기 위한 기술이며 이전과 달리 대지에서 측정한 전압을 푸리에 분석하여 고조파별 전압의 구성을 비교하고 또한 파형의 찌그러짐 정도를 비교하여 참 누전전압으로 판정되는 경우에만 누전점 탐사하고 그 결과에 따라 보수하여 선량한 보행인 등이 감전에 의한 인명사고를 사전에 정밀 탐사하여 예방할 수 있다는 장점이 있다.

도 29는 본 발명의 다른 실시예에 따른 누전 검출 장치의 블록도이다.

도 29를 참조하면, 누전 검출 장치(1000)는 대지전압을 측정하여 사전 설정된 조건을 만족하는 경우에, 측정된 대지전압을 전력선의 누전에 의해 발생된 것으로 판단할 수 있다. 구체적으로, 중성선을 대지 접지하는 다수 개의 전력선 PEN(Protective Earthed Neutral)을 가진 중성선 다중접지(MEN, MultipleEarthed Neutral)환경에서, 누전 검출 장치(1000)는 임의의 전력선 PEN에서 대지전압을 측정할 수 있다. 측정된 대지전압이 사전 설정된 조건을 만족하는 경우, 누전 검출 장치(1000)는 대지전압을 측정한 전력선 PEN의 주변에 매설된 전력선에서 누전이 발생한 것으로 누전 의심 구역을 판단할 수 있다. 누전 의심 구역이 판단되는 경우, 누전 검출 장치(1000)는 탐사 전류 발생 장치로부터 발생된 자계 신호를 수신하여 누전 의심 구역 내의 전력선이 매설된 경로를 따라 대지전압을 측정할 수 있다. 매설된 경로를 따라 측정된 대지전압은 누전 검출 전압 신호 발생 장치로부터 발생된 누전 검출 전압 신호를 포함하고 있으며, 누전 검출 장치(1000)는 누전 검출 전압 신호에 기초하여 전력선에서 누전이 일어난 지점인 누전점을 판단할 수 있다. 이러한 누전 검출 장치(1000)는 대지전압 측정부(1110), ADC부(1120), 실효값 연산부(1130), 푸리에 변환부(1140), 함유율 연산부(1150), 고조파 왜곡률 연산부(1160), 제로 크로싱 산정부(1170), 디스토션 산정부(1180), 누전 의심 구역 판단부(1190), 자계 신호 수신부(1210), 누전 검출 전압 신호 수신부(1220), 전력선 매설 경로 탐색부(1230), 누전점 판단부(1240) 및 디스플레이부(1300)를 포함할 수 있다.

누전 검출 장치(1000)의 대지전압 측정부(1110)에 대해서는 도 30을 참조하여 구체적으로 설명을 한다.

도 30은 본 발명의 다른 실시예에서 대지전압을 측정하는 방법을 설명한 예시이다.

도 30을 참조하면, 대지전압 측정부(1110)는 대지전압을 측정할 수 있다. 구체적으로, 대지전압 측정부(1110)는 지표면 상의 임의의 지점인 측정점 a와 연결되는 전극, 측정점 a와 상이한 지표면 상의 임의의 지점인 측정점 b와 연결되는 전극, 측정점 a 및 측정점 b 사이와 병렬로 연결된 저항 어레이 및 저항 어레이 양단 사이의 전압을 측정하는 전압 측정부를 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 지중에서 전력선의 누전이 발생하는 경우, 누전전류는 최단 거리에 있는 전력선 PEN으로 귀환되도록 설계된다. 대지전압 측정부(1110)는 전력 공급용 전압성(상선)의 절연불량에 따른 AC 상용전원(대한민국의 경우에 AC 60Hz 220V)의 누전전류 및 대지저항(Rg)의 크기에 비례하여 AC 상용전원의 누전에 의해 발생하는 대지전압을 측정할 수 있다.

예를 들어, 도 30에 도시된 바와 같이, AC 상용전원의 누전전류에 의해 위치 a와 위치 b에서 전력선 PEN까지 대지저항(Rg)값에 따라 각각 AC 상용전원의 누전에 의한 위치별 대지전위 a 및 대지전위 b 값을 가지고 토양에 분포된다. 누전 검출 장치(1000)는 누전원을 검출하기 위해 지중에 있는 토양의 위치별 대지전위 a, b를 직접 측정할 수 없고, 대신 지표면의 측정점 a, b에서 AC 상용전원 대지전위를 측정할 수 있다.

지중의 위치별 대지전위 a, b는 지표면의 측정점 a, b에 도달하기까지 토지저항, 포장층(아스팔트) 저항 그리고 전극과 지표면간 접촉저항 등을 포함하는 저항(Rp)의 영향을 받게 된다.

도면 상단의 AC 상용전원 대지전위 분포 그래프와 같이 지표면 하의 위치별 대지전위 a, b가 두개의 Rp(2 x Rp)를 통과하면서 전위값이 변경되어 측정점a, b에 도달하게 된다.

위와 같이 저항(Rp)의 영향으로 지표면에서 전위 값이 변화되고, 전극간 거리가 짧아서 전위차 값의 진폭이 좁아 구분하기가 힘들다는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해서, 전력선 PEN과 등전위 본딩된 금속체의 표면(예를 들어, 맨홀뚜껑)을 측정점 a로하여 전극을 연결한다. 즉, 전력선 PEN을 가진 구조물에서 맨홀뚜껑과 같은 도전성 금속체는 대지접지 된 중성선과 본딩되어 도전체간 전위차가 없이 등전위가 유지되도록 시공되어 있고, 대지전압 측정부(1110)는 중성선 전압을 측정 기준 전압으로 하여 대지전압을 측정한다.

이렇게 중성선 접지된 전력선 PEN에서 등전위 본딩된 중성선 전압을 대지전압의 측정 기준 전압으로 하는 경우, 측정점 a에서 저항(Rp)의 영향을 줄일 수 있어 안정적이고 큰 진폭의 전위차 값을 가지는 대지전압을 측정할 수 있다. 또한 이전 기술과 같이 전력선 PEN이 설치된 구조물 내부에 출입할 필요가 없어 작업환경 개선 및 작업시간을 절약할 수 있다. 전술한 대지전압을 측정하는 방법은 예시일 뿐, 본 개시는 이에 제한되지 않는다.

도 29를 다시 참조하면, 누전 검출 장치(1000)의 ADC부(1120)는 측정된 대지전압을 샘플링하여 디지털 값으로 변환한다.

구체적으로, 대지전압 측정부(1110)에서 측정된 대지전압은 아날로그 값을 가지며, ADC부(1120)는 측정된 대지전압 값을 샘플링하여 디지털 값으로 변환하여 출력한다.

누전 검출 장치(1000)의 실효값 연산부(1130)는 디지털 값으로 변환된 대지전압의 실효값을 연산한다.

AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 대지전압은 전력선 주변에 기생하는 유기전압 또는 표류전압에 의해 발생된 대지전압보다 큰 값을 가진다. 따라서, 실효값 연산부(1130)에서 연산된 대지전압의 실효값이 사전 설정된 문턱 전압값(예를 들어, 500mV)보다 큰 값을 가지는 경우에, 측정된 대지전압이 AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 것으로 판단될 수 있다.

누전 검출 장치(1000)의 푸리에 변환부(1140)는 대지전압의 실효값에 기초하여, 측정된 대지전압을 푸리에 변환하여 기본주파수―AC 상용전원의 전력주파수―의 정수배인 고조파 성분별 전압을 연산할 수 있다.

누전 검출 장치(1000)가 측정한 대지전압이 전력선의 누전에 의해 발생하더라도 기생전압, 대지저항 등 외란에 의해 고조파 성분을 포함할 수 있다. 따라서, 고조파 성분에 의해 측정된 대지전압이 AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 것인지 판단하기 어렵기 때문에 대지전압이 고조파 성분을 얼마나 함유하고 있는지 분석할 필요가 있다.

푸리에 변환부(1140)는 측정된 대지전압을 푸리에 변환하여 AC 상용전원 (대한민국의 경우에 AC 60Hz 220V)의 전력주파수인 60Hz를 기본주파수로 하고 기본주파수를 가지는 전압값과 기본주파수의 정수배인 고조파 성분별 전압값을 연산할 수 있다.

전술한 바와 같이, 도 9 및 도 10을 다시 참조하면 측정된 대지전압을 푸리에 변환부는 기본주파수의 정수배인 고조파 성분별 전압값을 연산할 수 있다. 도 9에 도시된, 측정된 대지전압이 고조파 성분인 120Hz, 180Hz, 240Hz 등 기본주파수의 정수배를 가지는 전압보다 기본주파수인 60Hz를 가지는 전압을 많이 함유하고 있어, 외란 등에 의한 고조파 영향을 적게 받았음을 알 수 있다. 따라서, 측정된 대지전압은 AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 것으로 판단될 수 있다. 반면에 도 10에 도시된, 측정된 대지전압이 고조파 성분인 120Hz, 180Hz, 240Hz 등 기본주파수의 정수배를 가지는 전압을 많이 함유하고 있어, 외란 등에 의한 고조파 영향을 많이 받았음을 알 수 있다. 따라서, 측정된 대지전압은 AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 것으로 판단될 수 없다.

푸리에 변환부(1140)에서 변환된 고조파 성분별 전압값에 기초하여, 함유율 연산부(1150)는 고조파 성분별 전압을 합산한 전압 대비 기본주파수에 대한 전압 함유율을 연산할 수 있다. 또한, 고조파 성분별 전압값에 기초하여, 고조파 왜곡률 연산부(1160)는 전체 고조파 왜곡률(Total Harmonic Distortion) 및 고조파 성분별 왜곡률(Hormonic Distortion Factor)을 연산할 수 있다.

누전 검출 장치(1000)의 함유율 연산부(1150)는 고조파 성분별 전압에 기초하여, 고조파 성분별 전압을 합산한 전압 대비 기본주파수에 대한 전압 함유율(V1/Vt)을 연산할 수 있다.

함유율 연산부(1150)에서 연산한 함유율이 높을수록 측정된 대지전압은 기본주파수에 대한 성분을 많이 가지고 있음을 나타낸다. 따라서, 함유율이 사전 설정된 함유율(예를 들어, 85%)을 초과하는 경우에, 측정된 대지전압이 AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 것으로 판단될 수 있다.

전술한 바와 같이, 표 1 및 표 2를 다시 참조하면, 표 1에서 전체 전압 대비 기본주파수 성분을 가지는 전압의 함유율은 사전 설정된 함유율(예를 들어, 85%)을 초과하지만, 표 2에서 전체 전압 대비 기본주파수 성분을 가지는 전압의 함유율은 사전 설정된 함유율(예를 들어, 85%)을 초과하지 못한다. 따라서, 표 1에서 측정된 대지전압은 AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 것으로 판단될 수 있다. 전술한 함유율에 기초하여 대지전압이 누전에 의해 발생된 것임을 판단하는 방법은 예시일 뿐, 본 개시는 이에 제한되지 않는다.

누전 검출 장치(1000)의 고조파 왜곡률 연산부(1160)는 고조파 성분별 전압에 기초하여, 전체 고조파 왜곡률(Total Harmonic Distortion) 및 고조파 성분별 왜곡률(Hormonic Distortion Factor)을 연산할 수 있다.

전체 고조파 왜곡률은 전술한 수학식 3에 의해 연산될 수 있다. 고조파 성분별 왜곡률은 전술한 수학식 4에 의해 연산될 수 있다. 전체 고조파 왜곡률 및 고조파 성분별 왜곡률이 높을수록 고조파 성분을 많이 포함하고 있음을 나타낸다.

고조파 왜곡률 연산부(1160)가 연산한 전체 고조파 왜곡률이 사전 설정된 왜곡률 미만이고, 고조파 성분변 왜곡률이 사전 설정된 왜곡률 미만인 경우에, 측정된 대지전압이 고조파의 영향이 적게 받은 것으로 판단될 수 있다. 측정된 대지전압이 고조파의 영향을 적게 받은 것으로 판단되는 경우, 측정된 대지전압에 기초하여 실효값, 함유율 및 제로 크로싱 횟수의 산정하여 대지전압이 AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 것임을 판단할 수 있는 정확도 및 신뢰도를 높일 수 있다.

누전 검출 장치(1000)의 제로 크로싱 산정부(1170)는 사전 설정된 시간(T1) 동안에 상기 디지털 값으로 변환된 대지전압이 영(Zero) 전압을 통과하는 제로 크로싱(Zero Crossing) 횟수를 산정할 수 있다. 여기서, 사전 설정된 시간(T1)은, AC 상용전원의 주기의 사전 설정된 정수배인 시간일 수 있다.

제로 크로싱 산정부(1170)는 사전 설정된 시간(T1) 동안에, 대지전압의 극성이 변하는 경우에 상기 영(Zero) 전압을 통과하는 제로 크로싱 횟수를 산정할 수 있다.

제로 크로싱 산정부(1170)가 산정한 제로 크로싱 횟수는 측정된 대지전압이 AC 상용전원의 전력주파수인 기본주파수 성분을 많이 함유하고 있고, 측정된 대지전압이 AC 상용전압의 누전에 의해 발생된 것으로 판단될 수 있다.

예를 들어, 사전 설정된 시간(T1)을 AC 상용전원의 주기의 5배로 설정할 수 있다. 이러한 경우에 AC 상용전원의 제로 크로싱 횟수는 10회이다. 측정된 대지전압의 제로 크로싱 횟수가 10회인 경우에는 대지전압은 60Hz 성분을 많이 함유하고 있고, 측정된 대지전압이 AC 상용전압의 누전에 의해 발생된 것으로 판단될 수 있다. 반면에, 측정된 대지전압의 제로 크로싱 횟수가 10회를 초과하는 경우에는 대지전압이 60Hz보다 큰 주파수성분을 많이 함유하고 있고, 이는 고조파의 영향 또는 기생전압에 의해 발생된 대지전압으로 판단될 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 도 7을 다시 참조하면, 측정된 대지전압이 전력주파수인 60Hz 파형과 유사하지만, 함유율이 사전 설정된 함유율(예를 들어, 85%)미만인 경우에 해당하여 대지전압이 누전에 의해 발생된 것이 아닌 기생전압에 의해 발생된 것으로 판단될 수 있다. 도 8을 다시 참조하면, 측정된 대지전압이 함유율이 사전 설정된 함유율(예를 들어, 85%)를 초과하지만, 전력주파수인 60Hz 파형과 유사하지 않으며, 사절 설정된 시간(T1) 동안에 AC 상용전원의 제로 크로싱 횟수를 대지전압의 제로 크로싱 횟수가 초과하여, 고조파의 영향 또는 기생전압에 의해 발생된 대지전압으로 판단될 수 있다.

전술한 제로 크로싱 횟수에 기초하여 대지전압이 AC 상용전압의 누전에 의해 발생된 것임을 판단하는 방법은 예시일 뿐이며, 본 개시는 이에 제한되지 않는다.

누전 검출 장치(1000)의 디스토션 산정부(1180)는 사전 설정된 시간(T1) 동안에 상기 측정된 대지전압에 고조파에 의한 디스토션(Distortion)이 발생한 횟수인 디스토션 횟수를 산정할 수 있다. 여기서, 사전 설정된 시간(T1)은, AC 상용전원의 주기의 사전 설정된 정수배인 시간일 수 있다.

디스토션 산정부(1180)가 디스토션 횟수를 산정하는 구체적인 방법에 대해 도 31 및 도 32를 참조하여 설명한다.

도 31은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스토션 횟수를 산정하는 방법을 설명한 예시이다.

도 31을 참조하면, 디스토션 산정부(1180)는 샘플링하여 변환된 제1 대지전압의 디지털 값과 다음 샘플링 주기 이후에 샘플링하여 변환된 제2 대지전압의 디지털 값의 제1 변화량의 극성 및 제2 대지전압의 디지털 값과 다음 샘플링 주기 이후에 샘플링하여 변환된 제3 대지전압의 디지털 값의 제2 변화량의 극성이 다른 경우에 고조파에 의한 디스토션(Distortion)이 발생한 것으로 판단하여 디스토션 횟수를 산정할 수 있다. 예를 들어, 제1 대지전압의 디지털 값이 50mV이고 다음 샘플링 된 제2 대지전압의 디지털 값이 53mV인 경우에 제1 변화량은 (+)3mV로 극성이 양수이다. 다음 샘플링 된 제3 대지전압의 디지털 값이 52mV 인 경우에 제2 변화량은 (-)1mV로 극성이 음수이다. 이러한 경우에, 제1 변화량의 극성과 제2 변화량의 극성이 다른 경우에 해당하며, 고조파에 의한 디스토션이 발생한 것으로 판단하고, 디스토션의 횟수를 산정할 수 있다.

도 32은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스토션 횟수를 산정하는 방법에 대한 흐름도이다.

도 32를 참조하면, 디스토션 산정부(1180)는 제1 변화량의 극성과 제2 변화량의 극성이 다른 경우, 디스토션 횟수를 1회 산정할 수 있다. 사전 설정된 시간(T1) 동안에 총 산정된 디스토션 횟수가 사전 설정된 디스토션 횟수 미만인 경우에, 측정된 대지전압는 고조파의 영향을 적게 받은 것으로 판단한다. 측정된 대지전압이 고조파의 영향을 적게 받은 것으로 판단되는 경우, 측정된 대지전압에 기초하여 실효값, 함유율 및 제로 크로싱 횟수의 산정하여 대지전압이 AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 것임을 판단할 수 있는 정확도 및 신뢰도를 높일 수 있다.

다시 도 29를 참조하면, 누전 검출 장치(1000)의 누전 의심 구역 판단부(1190)는 대지전압의 실효값, 전압 함유율, 전체 고조파 왜곡률, 고조파 성분별 왜곡률, 제로 크로싱 횟수 및 디스토션 횟수에 적어도 어느 하나에 기초하여, 대지전압을 AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 것으로 판단하고, 판단된 결과에 기초하여 대지전압을 측정한 지역을 누전 의심 구역으로 판단할 수 있다.

보다 구체적으로, 누전 의심 구역 판단부(1190)는 대지전압의 실효값이 사전 설정된 문턱 전압값을 초과하고, 전압 함유율이 사전 설정된 전압 함유율을 초과하고, 전체 고조파 왜곡률이 사전 설정된 전체 고조파 왜곡률 미만이고, 고조파 성분별 왜곡률이 사전 설정된 고조파 성분별 왜곡률 미만이고, 제로 크로싱 횟수가 사전 설정된 횟수와 일치하고, 디스토션의 횟수가 사전 설정된 횟수 미만인 경우에, 대지전압을 AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 것으로 판단할 수 있다. 전술한 누전 의심 구역을 판단하는 방법은 예시일 뿐이며. 본 개시는 이에 제한되지 않는다.

전력선 PEN에서 측정된 대지전압이 AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 것으로 누전 의심 구역 판단부(1190)가 판단하면, 누전점 판단부(1240)는 대지전압을 측정한 전력선 PEN 지중에 매설된 전력선의 경로를 따라가며 전력선에서 실제 누전이 일어난 지점을 누전점으로 판단할 수 있다.

누전 검출 장치(1000)의 자계 신호 수신부(1210)는 탐사 전류 발생 장치로부터 발생되는 자계 신호를 수신할 수 있다.

전술한 바와 같이, 탐사 전류 발생 장치는 누전 의심 구역 내의 전력선 및 중선선에 전류 신호를 주입하고, 전력선 및 중선선에 흐르는 탐사 전류에 의해 발생되는 자계 신호를 지상에서 자계 신호 수신부(1210)가 수신할 수 있다.

자계 신호 수신부(1210)는 복수의 자계 센서를 구비하며, 자계 신호 극성 및 자계 신호의 크기를 수신할 수 있다.

누전 검출 장치(1000)의 전력선 매설 경로 탐색부(1230)는 수신된 자계 신호에 기초하여 누전 의심 구역에 매설된 전력선의 경로를 탐색할 수 있다.

예를 들어, 전력선 매설 경로 탐색부(1230)는 자계 신호 크기가 최대점인 지점을 매설된 전력선 경로로 판단할 수 있다. 또한, 전력선 매설 경로 탐색부(1230)는 자계 신호 극성에 기초하여 전력선이 매설된 경로의 방향을 탐색할 수 있다.

누전 검출 장치(1000)의 누전 검출 전압 신호 수신부(1220)는 누전 검출 전압 신호 발생 장치로부터 발생되는 누전 검출 전압 신호를 수신할 수 있다.

전술한 바와 같이, 누전 검출 전압 신호 발생 장치는 DC 펄스 전압인 누전 검출 전압 신호를 전력선에 전송한다. 전력선이 누전되는 경우에, AC 상용전원에 누전 검출 전압 신호가 포함되어 대지전압이 측정된다. 대지전압 측정부(1110)에 의해 측정된 대지전압은 고조파 성분도 포함하고 있어서, 대지전압에서 펄스 전압 성분이 누전 검출 전압 신호인지 고조파 성분인지 판단하기 어렵다. 따라서, 탐사 전류 발생 장치에서 탐사 전류를 전송하는 시간에서 사전 설정된 시간 이후에 누전 검출 전압 신호 발생 장치에서 누전 검출 전압 신호를 전송한다. 자계 신호 수신부(1210)가 수신한 탐사 전류에 의해 발생된 자계 신호를 수신한 시간에 기초하여, 누전 검출 전압 신호 수신부(1220)는 사전 설정된 시간 이후에 측정된 대지전압에서 펄스 전압 성분을 누전 검출 전압 신호로 검출할 수 있다.

누전 검출 장치(1000)의 누전점 판단부(1240)는 누전 검출 전압 신호에 기초하여 매설된 전력선의 누전점을 판단할 수 있다.

누전점 판단부(1240)는 누전 검출 전압 신호의 수신 여부에 따라 논리값을 설정하고, 설정된 논리값과 누전 검출 전압 신호 발생 장치에서 발생시킨 누전 검출 전압 신호의 논리값과 일치하고, 누전 검출 전압 신호의 크기가 최대값을 가지는 지점을 누전점으로 판단할 수 있다.

누전점 판단부(1240)가 전력선 매설 경로를 따라 이동하며 전력선의 누전점을 판단하는 구체적인 설명을 이하 도 33 및 도 34를 참조하여 설명한다.

도 33는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자계 신호 수신 및 누전 검출 전압 신호 수신을 위한 프로토콜 설명도이다.

도 33을 참조하여 구체적인 예를 들면, 자계 신호 수신부(1210)가 탐사 전류 발생 장치로부터 발생된 비연속 특성을 가진 자계신호 '0101000'를 수신하는 경우에, 전력선 매설 경로 탐색부(1230)는 자계 신호 시작 시간으로 설정한다. 전력선 매설 경로 탐색부(1230)는 자계 신호 시작 시간 이후에 매 전력주파수 싸이클 간격을 두고 자계 신호 값을 측정하여 자계 신호 극성 및 크기에 기초하여 전력선 매설 경로를 탐색한다. 누전 검출 장치(1000)는 전력선 매설 경로상의 대지에서 대지전압을 측정하며 경로를 따라 이동한다. 누전 검출 전압 신호 수신부(1220)는 전력선이 매설된 경로 상에서 측정된 대지전압에서 누전 검출 전압 신호를 수신한다. 누전점 판단부(1240)는 누전 검출 전압 신호에 포함된 논리값을 분석하여 논리값 '1'일 때 누전 검출 전압 신호의 크기를 비교하여 누전 검출 전압 신호 최대값을 가지는 지점을 누전점으로 판단한다.

도 34은 본 발명의 다른 실시예에 따른 누전 검출 전압 신호 시작 시간 통보와 누전 검출 전압 신호가 측정된 시간과의 관계를 보여주는 예시이다.

도 34를 참조하면, 3상 전원은 각각 120도 위상차를 가지고 사인파 전압 파형이 반복된다. 탐사 전류 발생 장치가 탐사 전류 신호를 C상 전력선에 전송하는 경우에, 누전 검출 전압 신호 발생 장치는 위상이 120도 빠른 A상 전력선에 누전 검출 전압 신호를 전송한다. 탐사 전류 신호를 전송한 시간으로부터 사전 설정한 시간(예를 들어, 탐사 전류 신호를 전송한 시간보다 1/3 싸이클 이후인 시간) 이후에 누전 검출 전압 신호를 전송한다. 탐사 전류 신호는 자계 신호를 발생시키고, 자계 신호 수신부(1210)가 자계 신호를 수신하는 경우에, 누전 검출 전압 신호 수신부(1220)는 자계 신호 수신부(1210)가 자계 신호를 수신한 시간보다 사전 설정된 시간(예를 들어, 탐사 전류 신호를 전송한 시간보다 1/3 싸이클 이후인 시간) 이후에 누전 검출 전압 신호를 수신한다.

누전 검출 장치(1000)의 디스플레이부(1300)는 측정된 대지전압이 AC 상용전원의 누전에 의한 발생된 것인지 디스플레이할 수 있다.

도 20 내지 도 28을 다시 참조하면, 전술한 바와 같이, 디스플레이부(1300)는 전력주파수의 전압 크기 및 고조파 성분별 전압을 합산한 전압 크기를 디스플레이 할 수 있다. 또한, 디스플레이부(1300)는 측정된 대지전압의 함유율, 제로크로싱 횟수, 디스토션 횟수를 디스플레이할 수 있다. 또한, 디스플레이부(1300)는 고조파 성분별 전압의 크기를 디스플레이할 수 있으며, 고조파 성분별 왜곡률이 사전 설정된 왜곡률 미만인지 여부를 색 구분을 통해 디스플레이할 수 있다. 또한, 디스플레이부(1300)는 누전 검출 전압 신호의 논리값을 디스플레이할 수 있고, 누전된 상의 전력선을 디스플레이 할 수 있다.

도 35는 본 발명의 다른 실시예에 다른 누전 의심 구역을 판정하는 방법에 대한 흐름도이다.

누전 검출 장치(1000)는 대지전압을 측정할 수 있다(S1101). 구체적으로, 지중에서 전력선의 누전이 발생하는 경우, 누전전류는 최단 거리에 있는 전력선 PEN으로 귀환되도록 설계된다. 누전 검출 장치(1000)는 전력 공급용 전압성(상선)의 절연불량에 따른 AC 상용전원(대한민국의 경우에 AC 60Hz 220V)의 누전전류 및 대지저항(Rg)의 크기에 비례하여 AC 상용전원의 누전에 의해 발생하는 대지전압을 측정할 수 있다.

누전 검출 장치(1000)는 측정된 대지전압을 샘플링하여 디지털 값으로 변환한다(S1102).

구체적으로, 누전 검출 장치(1000)가 측정한 대지전압은 아날로그 값을 가지며, 누전 검출 장치(1000)는 측정된 대지전압 값을 샘플링하여 디지털 값으로 변환하여 출력한다.

누전 검출 장치(1000)는 디지털 값으로 변환된 대지전압의 실효값을 연산한다(S1103).

AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 대지전압은 전력선 주변에 기생하는 유기전압 또는 표류전압에 의해 발생된 대지전압보다 큰 값을 가진다. 따라서, 누전 검출 장치(1000)에서 연산된 대지전압의 실효값이 사전 설정된 문턱 전압값(예를 들어, 500mV)보다 큰 값을 가지는 경우에, 측정된 대지전압이 AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 것으로 판단될 수 있다.

누전 검출 장치(1000)는 대지전압의 실효값에 기초하여, 측정된 대지전압을 푸리에 변환하여 기본주파수―AC 상용전원의 전력주파수―의 정수배인 고조파 성분별 전압을 연산할 수 있다(S1104).

누전 검출 장치(1000)는 측정된 대지전압을 푸리에 변환하여 AC 상용전원(대한민국의 경우에 AC 60Hz 220V)의 전력주파수인 60Hz를 기본주파수로 하고 기본주파수를 가지는 전압값과 기본주파수의 정수배인 고조파 성분별 전압값을 연산할 수 있다.

누전 검출 장치(1000)는 고조파 성분별 전압에 기초하여, 고조파 성분별 전압을 합산한 전압 대비 기본주파수에 대한 전압 함유율(V1/Vt)을 연산할 수 있다(S1105).

누전 검출 장치(1000)에서 연산한 함유율이 높을수록 측정된 대지전압은 기본주파수에 대한 성분을 많이 가지고 있음을 나타낸다. 따라서, 함유율이 사전 설정된 함유율(예를 들어, 85%)을 초과하는 경우에, 측정된 대지전압이 AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 것으로 판단될 수 있다.

누전 검출 장치(1000)는 고조파 성분별 전압에 기초하여, 전체 고조파 왜곡률(Total Harmonic Distortion) 및 고조파 성분별 왜곡률(Hormonic Distortion Factor)을 연산할 수 있다(S1106).

누전 검출 장치(1000)가 연산한 전체 고조파 왜곡률이 사전 설정된 왜곡률 미만이고, 고조파 성분변 왜곡률이 사전 설정된 왜곡률 미만인 경우에, 측정된 대지전압이 고조파의 영향이 적게 받은 것으로 판단될 수 있다. 측정된 대지전압이 고조파의 영향을 적게 받은 것으로 판단되는 경우, 측정된 대지전압에 기초하여 실효값, 함유율 및 제로 크로싱 횟수의 산정하여 대지전압이 AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 것임을 판단할 수 있는 정확도 및 신뢰도를 높일 수 있다.

누전 검출 장치(1000)는 사전 설정된 시간(T1) 동안에 상기 디지털 값으로 변환된 대지전압이 영(Zero) 전압을 통과하는 제로 크로싱(Zero Crossing) 횟수를 산정할 수 있다(S1106). 여기서, 사전 설정된 시간(T1)은, AC 상용전원의 주기의 사전 설정된 정수배인 시간일 수 있다.

누전 검출 장치(1000)는 사전 설정된 시간(T1) 동안에, 대지전압의 극성이 변하는 경우에 상기 영(Zero) 전압을 통과하는 제로 크로싱 횟수를 산정할 수 있다.

누전 검출 장치(1000)가 산정한 제로 크로싱 횟수는 측정된 대지전압이 AC 상용전원의 전력주파수인 기본주파수 성분을 많이 함유하고 있고, 측정된 대지전압이 AC 상용전압의 누전에 의해 발생된 것으로 판단될 수 있다.

누전 검출 장치(1000)는 사전 설정된 시간(T1) 동안에 상기 측정된 대지전압에 고조파에 의한 디스토션(Distortion)이 발생한 횟수인 디스토션 횟수를 산정할 수 있다(S1108). 여기서, 사전 설정된 시간(T1)은, AC 상용전원의 주기의 사전 설정된 정수배인 시간일 수 있다.

누전 검출 장치(1000)가 디스토션 횟수를 산정하는 구체적인 방법에 대해 도 31 및 도 32를 참조하여 설명한다.

도 31을 참조하면, 누전 검출 장치(1000)는 샘플링하여 변환된 제1 대지전압의 디지털 값과 다음 샘플링 주기 이후에 샘플링하여 변환된 제2 대지전압의 디지털 값의 제1 변화량의 극성 및 제2 대지전압의 디지털 값과 다음 샘플링 주기 이후에 샘플링하여 변환된 제3 대지전압의 디지털 값의 제2 변화량의 극성이 다른 경우에 고조파에 의한 디스토션(Distortion)이 발생한 것으로 판단하여 디스토션 횟수를 산정할 수 있다. 예를 들어, 제1 대지전압의 디지털 값이 50mV이고 다음 샘플링 된 제2 대지전압의 디지털 값이 53mV인 경우에 제1 변화량은 (+)3mV로 극성이 양수이다. 다음 샘플링 된 제3 대지전압의 디지털 값이 52mV 인 경우에 제2 변화량은 (-)1mV로 극성이 음수이다. 이러한 경우에, 제1 변화량의 극성과 제2 변화량의 극성이 다른 경우에 해당하며, 고조파에 의한 디스토션이 발생한 것으로 판단하고, 디스토션의 횟수를 산정할 수 있다.

도 32를 참조하면, 누전 검출 장치(1000)는 제1 변화량의 극성과 제2 변화량의 극성이 다른 경우, 디스토션 횟수를 1회 산정할 수 있다. 사전 설정된 시간(T1) 동안에 총 산정된 디스토션 횟수가 사전 설정된 디스토션 횟수 미만인 경우에, 측정된 대지전압는 고조파의 영향을 적게 받은 것으로 판단한다. 측정된 대지전압이 고조파의 영향을 적게 받은 것으로 판단되는 경우, 측정된 대지전압에 기초하여 실효값, 함유율 및 제로 크로싱 횟수의 산정하여 대지전압이 AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 것임을 판단할 수 있는 정확도 및 신뢰도를 높일 수 있다.

누전 검출 장치(1000)는 대지전압의 실효값, 전압 함유율, 전체 고조파 왜곡률, 고조파 성분별 왜곡률, 제로 크로싱 횟수 및 디스토션 횟수에 적어도 어느 하나에 기초하여, 대지전압을 AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 것으로 판단하고, 판단된 결과에 기초하여 대지전압을 측정한 지역을 누전 의심 구역으로 판단할 수 있다.

누전 검출 장치(1000)는 대지전압의 실효값이 사전 설정된 문턱 전압값을 초과하는지 판단한다(S1109).

누전 검출 장치(1000)는 대지전압의 실효값이 사전 설정된 문턱 전압값을 초과하는 경우에, 전압 함유율이 사전 설정된 전압 함유율을 초과하는지 판단한다(S1110)

누전 검출 장치(1000)는 전압 함유율이 사전 설정된 전압 함유율을 초과하는 경우에, 전체 고조파 왜곡률이 사전 설정된 전체 고조파 왜곡률 미만인지 판단한다(S1111).

누전 검출 장치(1000)는 전체 고조파 왜곡률이 사전 설정된 전체 고조파 왜곡률 미만인 경우에, 고조파 성분별 왜곡률이 사전 설정된 고조파 성분별 왜곡률 미만인지 판단한다(S1112).

누전 검출 장치(1000)는 고조파 성분별 왜곡률이 사전 설정된 고조파 성분별 왜곡률 미만인 경우에, 제로 크로싱 횟수가 사전 설정된 횟수와 일치하는지 판단한다(S1113).

누전 검출 장치(1000)는 제로 크로싱 횟수가 사전 설정된 횟수와 일치하는 경우에, 디스토션의 횟수가 사전 설정된 횟수 미만인지 판단한다(S1114).

누전 검출 장치(1000)는 디스토션의 횟수가 사전 설정된 횟수 미만인 경우에, 대지전압을 AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 것으로 판단한다(S1115).

전술한 누전 의심 구역을 판단하는 방법은 예시일 뿐이며. 본 개시는 이에 제한되지 않는다.

도 36는 본 발명의 다른 실시예에 따른 누전점을 판정하는 방법에 대한 흐름도이다.

전력선 PEN에서 측정된 대지전압이 AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 것으로 판단하면, 누전 검출 장치(1000)는 대지전압을 측정한 전력선 PEN 지중에 매설된 전력선의 경로를 따라가며 전력선에서 실제 누전이 일어난 지점을 누전점으로 판단할 수 있다.

먼저, 누전 검출 장치(1000)는 탐사 전류 발생 장치로부터 발생되는 자계 신호를 수신할 수 있다(S1201).

전술한 바와 같이, 탐사 전류 발생 장치는 누전 의심 구역 내의 전력선 및 중선선에 전류 신호를 주입하고, 전력선 및 중선선에 흐르는 탐사 전류에 의해 발생되는 자계 신호를 지상에서 누전 검출 장치(1000)가 수신할 수 있다.

누전 검출 장치(1000)는 수신된 자계 신호에 기초하여 누전 의심 구역에 매설된 전력선의 경로를 탐색할 수 있다(S1202).

예를 들어, 누전 검출 장치(1000)는 자계 신호 크기가 최대점인 지점을 매설된 전력선 경로로 판단할 수 있다. 또한, 누전 검출 장치(1000)는 자계 신호 극성에 기초하여 전력선이 매설된 경로의 방향을 탐색할 수 있다.

누전 검출 장치(1000)는 누전 검출 전압 신호 발생 장치로부터 발생되는 누전 검출 전압 신호를 수신할 수 있다(S1203).

전술한 바와 같이, 누전 검출 전압 신호 발생 장치는 DC 펄스 전압인 누전 검출 전압 신호를 전력선에 전송한다. 전력선이 누전되는 경우에, AC 상용전원에 누전 검출 전압 신호가 포함되어 대지전압이 측정된다. 누전 검출 장치(1000)에 의해 측정된 대지전압은 고조파 성분도 포함하고 있어서, 대지전압에서 펄스 전압 성분이 누전 검출 전압 신호인지 고조파 성분인지 판단하기 어렵다. 따라서, 탐사 전류 발생 장치에서 탐사 전류를 전송하는 시간에서 사전 설정된 시간 이후에 누전 검출 전압 신호 발생 장치에서 누전 검출 전압 신호를 전송한다. 누전 검출 장치(1000)는 수신한 탐사 전류에 의해 발생된 자계 신호를 수신한 시간에 기초하여, 사전 설정된 시간 이후에 측정된 대지전압에서 펄스 전압 성분을 누전 검출 전압 신호로 검출할 수 있다.

누전 검출 장치(1000)는 누전 검출 전압 신호의 수신 여부에 따라 논리값을 설정할 수 있다(S1204).

누전 검출 장치(1000)는 설정된 논리값과 누전 검출 전압 신호 발생 장치에서 발생시킨 누전 검출 전압 신호의 논리값과 일치하는지 판단할 수 있다(S1205).

누전 검출 장치(1000)는 설정된 논리값과 누전 검출 전압 신호의 논리값과 일치하는 경우에, 누전 검출 전압 신호의 크기가 최대값을 가지는 지점을 누전점으로 판단할 수 있다(S1206).

누전 검출 장치(1000)는 누전 검출 전압 신호의 크기가 최대값을 가지면 누전 검출 전압 신호를 수신한 지점을 누전점으로 판단할 수 있다(S1207).

본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 정보 및 신호들이 임의의 다양한 상이한 기술들 및 기법들을 이용하여 표현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 위의 설명에서 참조될 수 있는 데이터, 지시들, 명령들, 정보, 신호들, 비트들, 심볼들 및 칩들은 전압들, 전류들, 전자기파들, 자기장들 또는 입자들, 광학장들 또는 입자들, 또는 이들의 임의의 결합에 의해 표현될 수 있다.

본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 여기에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 프로세서들, 수단들, 회로들 및 알고리즘 단계들이 전자 하드웨어, (편의를 위해, 여기에서 "소프트웨어"로 지칭되는) 다양한 형태들의 프로그램 또는 설계 코드 또는 이들 모두의 결합에 의해 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 하드웨어 및 소프트웨어의 이러한 상호 호환성을 명확하게 설명하기 위해, 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들 및 단계들이 이들의 기능과 관련하여 위에서 일반적으로 설명되었다. 이러한 기능이 하드웨어 또는 소프트웨어로서 구현되는지 여부는 특정한 애플리케이션 및 전체 시스템에 대하여 부과되는 설계 제약들에 따라 좌우된다. 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 각각의 특정한 애플리케이션에 대하여 다양한 방식들로 설명된 기능을 구현할 수 있으나, 이러한 구현 결정들은 본 개시의 범위를 벗어나는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다.

여기서 제시된 다양한 실시예들은 방법, 장치, 또는 표준 프로그래밍 및/또는 엔지니어링 기술을 사용한 제조 물품(article)으로 구현될 수 있다. 용어 "제조 물품"은 임의의 컴퓨터-판독가능 장치로부터 액세스 가능한 컴퓨터 프로그램, 캐리어, 또는 매체(media)를 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터-판독가능 매체는 자기 저장 장치(예를 들면, 하드 디스크, 플로피 디스크, 자기 스트립, 등), 광학 디스크(예를 들면, CD, DVD, 등), 스마트 카드, 및 플래쉬 메모리 장치(예를 들면, EEPROM, 카드, 스틱, 키 드라이브, 등)를 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 또한, 여기서 제시되는 다양한 저장 매체는 정보를 저장하기 위한 하나 이상의 장치 및/또는 다른 기계-판독가능한 매체를 포함한다. 용어 "기계-판독가능 매체"는 명령(들) 및/또는 데이터를 저장, 보유, 및/또는 전달할 수 있는 무선 채널 및 다양한 다른 매체를 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아니다.

제시된 프로세스들에 있는 단계들의 특정한 순서 또는 계층 구조는 예시적인 접근들의 일례임을 이해하도록 한다. 설계 우선순위들에 기반하여, 본 개시의 범위 내에서 프로세스들에 있는 단계들의 특정한 순서 또는 계층 구조가 재배열될 수 있다는 것을 이해하도록 한다. 첨부된 방법 청구항들은 샘플 순서로 다양한 단계들의 엘리먼트들을 제공하지만 제시된 특정한 순서 또는 계층 구조에 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 개시를 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 개시의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 개시는 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims

대지전압을 측정하는 대지전압 측정부;
상기 측정된 대지전압을 샘플링하여 디지털 값으로 변환하는 ADC부;
상기 디지털 값으로 변환된 대지전압의 실효값을 연산하는 실효값 연산부;
상기 대지전압의 실효값에 기초하여, 상기 측정된 대지전압을 푸리에 변환하여 기본주파수―AC 상용전원의 전력주파수―의 정수배인 고조파 성분별 전압을 연산하는 푸리에 변환부;
상기 고조파 성분별 전압에 기초하여, 상기 고조파 성분별 전압을 합산한 전압 대비 기본주파수에 대한 전압 함유율을 연산하는 함유율 연산부;
상기 고조파 성분별 전압에 기초하여, 전체 고조파 왜곡률(Total Harmonic Distortion) 및 고조파 성분별 왜곡률(Hormonic Distortion Factor)을 연산하는 고조파 왜곡률 연산부;
사전 설정된 시간(T1) 동안에 상기 디지털 값으로 변환된 대지전압이 영(Zero) 전압을 통과하는 제로 크로싱(Zero Crossing) 횟수를 산정하는 제로 크로싱 산정부; 및
상기 대지전압의 실효값, 상기 전압 함유율, 상기 전체 고조파 왜곡률, 상기 고조파 성분별 왜곡률 및 상기 제로 크로싱 횟수에 적어도 어느 하나에 기초하여, 상기 대지전압을 상기 AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 것으로 판단하고, 상기 판단된 결과에 기초하여 상기 대지전압을 측정한 지역을 누전 의심 구역으로 판단하는 누전 의심 구역 판단부;
를 포함하는 누전 검출 장치.
제 1항에 있어서,
상기 사전 설정된 시간(T1)은,
상기 AC 상용전원의 주기의 사전 설정된 정수배인 시간인,
누전 검출 장치.
제 1항에 있어서,
상기 사전 설정된 시간(T1) 동안에 상기 측정된 대지전압에 고조파에 의한 디스토션(Distortion)이 발생한 횟수인 디스토션 횟수를 산정하는 디스토션 산정부;
를 더 포함하고,
상기 누전 의심 구역 판단부는,
상기 대지전압의 실효값, 상기 전압 함유율, 상기 전체 고조파 왜곡률, 상기 고조파 성분별 왜곡률, 상기 제로 크로싱 횟수 및 상기 디스토션 횟수에 적어도 어느 하나에 기초하여 누전 의심 구역을 판단하는,
누전 검출 장치.
제 3항에 있어서,
상기 디스토션 산정부는,
상기 샘플링하여 변환된 제1 대지전압의 디지털 값과 다음 샘플링 주기 이후에 샘플링하여 변환된 제2 대지전압의 디지털 값의 제1 변화량의 극성 및 상기 제2 대지전압의 디지털 값과 다음 샘플링 주기 이후에 샘플링하여 변환된 제3 대지전압의 디지털 값의 제2 변화량의 극성이 다른 경우에 고조파에 의한 디스토션(Distortion)이 발생한 것으로 판단하여 상기 디스토션 횟수를 산정하는,
누전 검출 장치.
제 1항에 있어서,
상기 대지전압 측정부는,
지표면 상의 임의의 지점인 측정점 a와 연결되는 전극;
상기 측정점 a와 상이한 지표면 상의 임의의 지점인 측정점 b와 연결되는 전극;
상기 측정점 a 및 상기 측정점 b 사이와 병렬로 연결된 저항 어레이; 및
상기 저항 어레이 양단 사이의 전압을 측정하는 전압 측정부;
를 포함하는 누전 검출 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제로 크로싱 산정부는,
상기 사전 설정된 시간(T1) 동안에, 상기 대지전압의 극성이 변하는 경우에 상기 영(Zero) 전압을 통과하는 제로 크로싱 횟수를 산정하는,
누전 검출 장치.
제 1항에 있어서,
상기 누전 의심 구역 판단부는,
상기 대지전압의 실효값이 상기 사전 설정된 문턱 전압값을 초과하고, 상기 전압 함유율이 사전 설정된 전압 함유율을 초과하고, 상기 전체 고조파 왜곡률이 사전 설정된 전체 고조파 왜곡률 미만이고, 상기 고조파 성분별 왜곡률이 사전 설정된 고조파 성분별 왜곡률 미만이고, 상기 제로 크로싱 횟수가 사전 설정된 횟수와 일치하는 경우에, 상기 대지전압을 상기 AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 것으로 판단하는,
누전 검출 장치.
제 3항에 있어서,
상기 누전 의심 구역 판단부는,
상기 대지전압의 실효값이 상기 사전 설정된 문턱 전압값을 초과하고, 상기 전압 함유율이 사전 설정된 전압 함유율을 초과하고, 상기 전체 고조파 왜곡률이 사전 설정된 전체 고조파 왜곡률 미만이고, 상기 고조파 성분별 왜곡률이 사전 설정된 고조파 성분별 왜곡률 미만이고, 상기 제로 크로싱 횟수가 사전 설정된 횟수와 일치하고, 상기 디스토션의 횟수가 사전 설정된 횟수 미만인 경우에, 상기 대지전압을 상기 AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 것으로 판단하는,
누전 검출 장치.
제 1항에 있어서,
탐사 전류 발생 장치로부터 발생되는 자계 신호를 수신하는 자계 신호 수신부;
누전 검출 전압 신호 발생 장치로부터 발생되는 누전 검출 전압 신호를 수신하는 누전 검출 전압 신호 수신부;
상기 자계 신호에 기초하여 상기 누전 의심 구역에 매설된 전력선의 경로를 탐색하는 전력선 매설 경로 탐색부; 및
상기 누전 검출 전압 신호에 기초하여 상기 매설된 전력선의 누전점을 판단하는 누전점 판단부;
를 더 포함하는,
누전 검출 장치.
제 9항에 있어서,
상기 누전점 판단부는,
상기 누전 검출 전압 신호의 수신여부에 따라 논리값을 설정하고, 상기 설정된 논리값과 상기 누전 검출 전압 신호 발생 장치에서 발생시킨 상기 누전 검출 전압 신호의 논리값과 일치하고 상기 누전 검출 전압 신호의 크기가 최대값을 가지는 지점을 누전점으로 판단하는,
누전 검출 장치.
누전을 검출하는 방법에 있어서,
대지전압을 측정하는 단계;
상기 측정된 대지전압을 샘플링하여 디지털 값으로 변환하는 단계;
상기 디지털 값으로 변환된 대지전압의 실효값을 연산하는 단계;
상기 대지전압의 실효값에 기초하여 상기 측정된 대지전압을 푸리에 변환하여 기본주파수― AC 상용전원의 전력주파수―의 정수배인 고조파 성분별 전압을 연산하는 단계;
상기 고조파 성분별 전압에 기초하여, 상기 고조파 성분별 전압을 합산한 전압 대비 기본주파수에 대한 전압 함유율을 연산하는 단계;
상기 고조파 성분별 전압에 기초하여, 전체 고조파 왜곡률(Total Harmonic Distortion) 및 고조파 성분별 왜곡률(Hormonic Distortion Factor)을 연산하는 단계;
사전 설정된 시간(T1) 동안에 상기 디지털 값으로 변환된 대지전압이 영(Zero) 전압을 통과하는 제로 크로싱(Zero Crossing) 횟수를 산정하는 단계; 및
상기 대지전압의 실효값, 상기 전압 함유율, 상기 전체 고조파 왜곡률, 상기 고조파 성분별 왜곡률 및 상기 제로 크로싱 횟수에 적어도 어느 하나에 기초하여, 상기 대지전압을 상기 AC 상용전원의 누전에 의해 발생된 것으로 판단하고, 상기 판단된 결과에 기초하여 상기 대지전압을 측정한 지역을 누전 의심 구역으로 판단하는 단계;
를 포함하는 누전을 검출하는 방법.