KR960006867B1 - 실제 교류전압 소스의 임피던스 분석방법 및 그 전기 측정장치 - Google Patents

Abstract

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Description

실제 교류전압 소스의 임피던스 분석방법 및 그 전기 측정장치

제1도는 한 측정회로에 연결된 본 발명의 바이-임피던스 탐침의 구성을 설명하는 개략적 도면.

제2도는 소스(source)임피던스의 단순화한 수학적 분석을 설명하는 개략적 도면.

제3도는 제1도의 탐침과 같은 저항 브랜치내로 흐르는 전류에 대하여 소스 임피던스의 수학적 분석을 설명하는 또다른 단순화한 개략적 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 전기도선 13 : 다이오드

12 : 바이-임피던스(bi-impedance)탐침 14,15 : 저항기

16,18 : 측정저항기 17 : 측정회로

19 : 접지 22 : 역바이어스 다이오드

23 : 정 바이어스 다이오드 25 : 버퍼증폭기

27 : 변환기 28 : 산술유닛

29 : 스위치 30,31 : 동기화회로

32 : 경보 조정회로

본 발명은 전기측정장치에 관한 것이며 전선 또는 전기적 장치상에 존재하는 실제의 교류전압을 분석하여 교류전압의 임피던스 특성을 결정하도록 하며 만약 분석된 전압이 한계값을 초과하며 낮은 임피던스를 대표하면 경보상태를 나타내도록 하는 방법에 관한 것이다.

전기회사의 가설공이 전원 라인상에서 혹은 위험 지역내에서 라이브 라인(live line)작업 기술이 없이 작업해야 할 필요가 있는때, 전기회사가 그와 같은 전선 또는 전기장치로부터 전력을 차단시킴은 매우 중요하다. 또한 작업이 시작되기전에 가설공이 그 전선에 전압이 존재하는가를 확인하는 것도 중요하다. 전선에서의 전압상태를 확인하기 위해 가설공은 그같은 전선에 전압탐기기를 연결할 것이다. 전압탐지기의 종류에 따라, 가설공은 유도된 전압과 같은 어떤 전압이 전선에 존재하는를 측정하며 또는 정해진 한계값을 초과하는 어떠한 전압상태도 탐지할 것이다. 전압이 측정되는때 차단된 전선상에 존재하는 전압판독이 위험한것인지 그렇지 않은것인지 다시 말해서 그같은 전압이 인접한 전선으로부터 유도된 고 임피던스 소스로부터 발생된 것인지 아니면 매우 위험하며 아직도 전선이 연결되 있는 실제의 분산 네트워크인 저임피던스로부터 나오는 것인지를 판단하는 것은 가설공에게 달려있는 것이다. 띠라서 만약 가설공이 전선에 접지를가설하려한다면 판단 착오는 가설공에게 치명적인 것이다. 이같은 점을 설명하기 위해 전력이 연결되 있는 25kv 전선이 살아있는 600볼트 전선으로 이어지는 위험한 상황을 상상할 수 있다. 25kv 전선으로 부착된 탐지기는 기대된 전압에 대해서 매우 낮은 전압을 나타낼 것이며 따라서 가설공은 이같은 낮은 전압을 저임피던스 분배 네트워크로부터의 600볼트 공급이 아니라 유도된 전압인 것으로 파악할 수 있다. 보다 위험한 것은 만약 탐지기가 600볼트는 한계값 이하인 한계값을 가지며 아무런 위험도 볼트미터에는 나타나지 않는 경우가 될 것이다.

본 발명의 특징은 전선에 존재하는 실제의 교류전압을 분석하고 전압이 낮거나 높은 임피던스 소스로부터 발생되는 것인가를 결정하기 위해 교류전압의 특징을 결정하기 위힌 장치에 관한 것이며 이는 실질적으로 종래기술의 상기 언급한 것이며 이는 실질적으로 종래기술의 상기 언급한 단점을 극복하는 것이다. 본발명의 또다른 특징은 그같은 전압이 높거나 낮은 임피던스 소스로부터 발생되는지를 결정하기 위해 전선 또는 전기장치에 존재하는 교류전압의 특성을 분석하는 방법을 제공하는 것이며, 이는 상기 언급한 종래기술의 단점을 극복한다.

상기 특징에 따라서 넓은 의미로 본 발명은 교류전압 소스의 특징을 결정하기 위해 전선 또는 전기장치에 존재하는 실제의 교류전압을 분석하기 위한 전기적 측정장치를 제공한다. 이같은 장치는 접지에 연결될수 있는 한 출력과 분석될 교류전압을 캡팅(capdng)하기 위한 한 입력 첩촉요소를 가지는 바이-임피던스(bi-impedance)탐침으로 되어있다. 이때의 접촉요소는 교류전압의 반부기동안에만 전도성이 있는 첫 번째일련의 낮은 저항요소에 연결된다. 한 낮은 크기로 종료되는 저항은 첫 번째 일련의 낮은 저항요소들의 출력으로 연결된다. 두 번째 일련은 높은 크기 저항들은 낮은 저항 요소들과 병렬로 연결된다. 교류전압은 교류전압의 다른 반주기동안 두 번째 일련의 높은 크기 저항들에서만 존재한다. 한 측정회로는 일련의 낮은 크기 저항요소들에 연결되며 일련의 두 저항요소들로부터의 전압신호를 구분할 수 있으며 전압신호가 높은또는 낮은 임피던스 소스로부터 발생되는 것인지를 결정하기 위해 한 계산회로 수단이 제공된다. 한 표시기가 임피던스 소스의 상태를 나타낸다. 경보상태 발생수단은 낮은 임피던스 소스를 나타내는 한 정해진 한계값이 초과되었다면 한 경보상태를 나타내도록 한다.

본 발명의 또다른 특징에 따라 전압이 높은 혹은 낮은 임피던스 소스로부터 발생되는 것인가를 결정하기 위해 전선 또는 전기적 장치에 존재하는 교류전압의 특성을 분석하는 방법이 제공된다. 이 방법은 첫번째 일련의 낮은 크기 단일방향 요소와 두 번째 병렬연결된 일련의 높은 크기 저항을 가지는 바이-임피던스 탐침을 제공하는 것이다. 병렬, 직렬 연결된 요소들은 일련의 낮은 크기 저항요소들로 연결된다. 탐침의 입력은 탐침의 출력에서 일련의 낮은 크기저항 요소들에서 그리고 또한 일련의 높은 크기 저항들과 직렬인 일련의 낮은 크기 저항요소들에서만의 전압을 대표하는 출력전압 신호를 발생시키도록 전선과 장치에 연결된다. 이같은 탐침의 출력은 점지에 연결된다. 다음에 출력전압 신호들은 이들이 높은 혹은 낮은 임피던스 전원들로부터 발생되는가를 결정하기 위해 한 탐침출력에서 산술적으로 처리된다. 낮은 임피던스 소스를 나타내는 한 정해진 임계값이 초과되면 한 경보상태가 나타내진다.

하기에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명이 상세히 설명된다. 제1도에서는 전기도선(11) 또는 한 전가장치의 한 단자난 다른 측정요소에 존재하는 교류전압을 분석하기 위한 본 발명의 전기측정장치가 참고부호(10)으로 표시된다. 본 발명의 장치(10)은 전기도선(11)에서의 교류전압 특성을 결정하도록 사용되며 그같은 전압이 높은 혹은 낮은 임피던스 소스로부터 발생하는가를 다시 말해서 그같은 전압이 용량성 결합의 결과인것인지 아니면 분배 네트워크로부터 한 공급과 같은 살아있는 소스의 결과인 것인지를 결정하도록 한다. 여기서 도시된바와 같이 이같은 장치에는 바이-임피던스 탐침(12)가 제공되며 이같은 탐침에는 전선(11)을 통한 교류의 전압을 수신하는 한 접촉요소(9)가 제공된다. 바이 임피던스 탐침은 기본적으로 일련의 포워드 바이어스된 다이오드(13)과 이와는 병렬로 연결된 일련의 높은크기 저항기(14)인 첫 번째의 일련의 낮은 저항요소로 이루어진다. 이같은 병렬 연결의 출력은 일련의 저항기(14)와 비교할 때 낮은크기를 가지는 또다른 일련의 저항기(15)에 연결된다. 일련의 저항기(15)의 전형적인 크기는 4메가오옴이며 일련의 저항기(14)는 총 100내지 200 메가오옴을 가질 수 있다.

일련의 저항기(15)의 출력은 측정 저항기(16)(18)에 직렬로 연결되며 이곳을 통해 한 측정회로(17)이 연결된다. 저항 네트워크의 출력은 접지(19)에 연결된다.

측정회로(17)로는 첫 번째 입력(20)과 두 번째 입력(21)이 제공된다. 한 역 바이어스 다이오드(22)가 첫번째 입력에 연결되며 정 바이어스 다이오드(23)이 두 번째 입력(21)로 연결된다. 따라서 전선(11)에서 교류전압의 포지티브 주기중에 다이오드(13)이 전도되며 전선(11)에 존재하는 전압이 일련의 저항기 R₁과 측정저항(16)(18)에서 가해짐을 알수 있을 것이다. 측정저항(18) 출력에서의 전압은 스위치(24)의 입력에서 전압신호를 발생시킬 거싱며 이는 그같은 신호를 버퍼증폭기(25)로 연결시키도록 동작하여 그 신호가 아날로그 디지탈 변환기(27)의 입력(26)과 정합하도록 할 것이다. 변환기는 아날로그 신호를 처리하며 나중에 설명하게될 수학적 분석에 따라 신호를 처리하게될 산술유닛(28)로 공급되는 출력 디지탈 신호를 발생시킬것이다. 이와 유사하게 전선(11)에서의 전압신호의 내가티브 주기중에 측정 저항기(16)(18) 출력에서의 전압은 전압을 버퍼증폭기(5)로 연결시키는 두 번째 스위치(29)의 입력으로 가해져서 변환기(27)의 출력에서 한 디지탈 신호를 발생시키고 이를 산술유닛(28)로 공급하도록 한다. 동기화 회로(30)(31)은 입력(20)(21)에서 입력 전압신호 사이를 구분하기 위해 산술유닛올 조정하도록 한다. 신호전송 또는 경보 조정회로(32)는 만약 산술유닛에 의해 측정된 임피던스 크기가 전선(11)에서의 교류전압이 높거나 낮은 임피던스 소스로부터 발생된다면 산술유닛(28)의 출력에 결합되며 가시의 또는 가칭의 표시 또는 경보를 제공한다. 이같은 표시는 이들 크기를 산술유닛(28)내에 프로그램된 한계값과 비교하여 나오게된다. 낮은 임피던스 소스는 한경보를 트리거한다.

측정회로(17)의 입력에 존재하는 전압신호를 분석하는 방법은 소스 임피던스를 결정하기 위한 다음의 수학적 공식에 의해 가능해진다.

Icc = Vs/Zs

여기서 Vs 는 소스전압:Zs 는 임피던스 소스, 그리고 Tcc 는 단락회로 전류이다.

상기의 수학적 공식은 다음의 수학적 이유에 의해 결정된다. 만약 한 전선이 한 분배소스에 연결되면 이 소스의 임피던스는 실질적으로 "영"이되며 단락회로 전류는 극대가 된다. 반면에 만약 전선이 개방되있고 가까이에 있는 다른 전선과의 용량성 결합을 통해서만 전도성이 있으며 그같은 전선이 제공할 수 있는 전류의 용량은 두 전선사이의 결합정도에 의해 결정된다. 만약 이같은 결합이 좋지 않다면, 이와 같은 전선에 존재하는 에너지는 무시할 수 있게 된다.

제2도에서는 용량성 결합과 이같은 결합을 통해 이용될 수 있는 단락회로 전류가 도시되어 있다. 만약 누군가가 이같은 결합을 기초로하는 소스 임피던스를 평가할 수 있다면 그같은 전선이 위험한디 그렇지 않은지를 결정하기 위해 그것을 위험한계 기준값과 비교하는 것이 가능하다. 제2도에서는 전압전원이 참고부호(40)으로 표시된다. 콘덴서(41) 또는 Z₁은 결합 임피던스를 나타내며 콘덴서(42)는 아무런 전압도 없으며 접지도 되지않은 개방전선의 임피던스를 나타낸다.

소스에 연결된 라인(43)에서의 전압은 여기서V_L로 표시된다. 이 라인 개방되어있고 분배 네트워그에 직접 연결되 있는 경우에, 결합 임피던스(41) 또는 Z₁는 "영"에 가까워지며 그 라인에서의 전압은 소스(40)의 전압이다. 용량적으로 결합된 라인의 경우에 라인(43)에서의 전압은 다음의 수학적 공식에 의해 표시될수 있다.

V_L=V·Z₂/^(Z ₁ ^+Z ₂ ⁾

또는 V_L=V·C₁/(C₁+C₂)

두 임피던스 Z₁과 Z₂의 상대적 크기는 개방라인(43)에서의 전압의 크기를 결정한다. Z₁은 용량적으로 결합된 두 전선의 거리와 두 전선이 병렬로 연장되 있는 길이의 함수이다. Z₂는 개방된 전선의 접지로의 거리의 함수이며 그 길이의 함수이다.

만약 우리가 접지와 제1도에서의 전선(11)과 같은 개방된 분배라인 사이의 제1도의 탐침(12)을 연결시킨다면 제3도에서 도시된 바와같은 전압 V_L은 탐침에 의해 나타내진 부하크기의 함수가 될것이다. 저항 R₁의 경우 전압 V_L1은 다음의 공식으로 나타내진다.

V_L1= V·JWC₁R₁(JWR₁(C₁+C₂) +1)

저항부하 R₂의 경우 전압 V_L2는 다음과 같이 수학적으로 표시된다.

V_L2= V ·JWC₁R₁/(jWR₂(C₁+C₂) +1)

만약 이들 방정식이 소스전압을 고립시키도록 표현된다면 그리고 소스 임피던스 Z₁고립시키기 위해 두 상응하는 방정식을 동등하게하므로써 다음의 수학적 방정식을 얻을 수 있다.

(V_L2-V_L1)/(I₁-I₂)=1/jW(C₁+C₂)

여기서 I₁은 제3도의 저항기 R₁에서의 전류이며 I₂는 제3도의 저항 R₂에서의 전류이다. 다음의 방식으로 공급전압과 제2도의 두 콘덴서 또는 임피던스(41)(42)를 표시하므로써 소스 Vs와 임피던스 소스 Zs 를 규정할 수 있다. 이로부터 임피던스 소스에 대한 다음의 공식을 유도할 수 있다.

V_L1=Vs - Zs·I₁

V_L2=VS - ZS·I₂

이때

Zs=(V_L1-V_L2)/I₂-I₁)

상기의 분석에 따라 Zs는 다음과 같이 표시될 수 있다.

Zs = 1/jW(C₁+C₂)

여기서 Zs는 C₁과 C₂에 의해 표시되는 두 평행 임피던스 (41)(42)와 일치한다.

전원 Vs는 다음의 공식에 의해 벡터로 평가될수 있다.

Vs=V_L1+Vs·I₁또는 VL2+Zs·I₂

Vs=I₁(R1+1/jW(C₁+C₂) 또는 I₂(R2+1/jW(C₁+C₂)

따라서 Vs의 절단크기는

I₁(R₁ ²+1/W²(C₁+C₂)²)^1/2

전류 I과 전원 사이의 각을 계산하는 것이 또한 가능하다.

단락회로전류 Icc 는 단락회로가 전선에 연결되는 경우 또는가설공이 그것을 접지시키기전에 라인을 만지는 경우 전원이 제공할수 있는 전류이다. 이같은 단락회로 전류는 다음의 수학적 공식에 의해 표시된다.

Ic.c = Vs/Zs

따라서 얻어진 정보에 따라 전선상에서 상당히 다른 두 저항기를 교대하여 연결시키므로써 당므의 정보를 영역해낼 수 있다, 즉:

1. 전선을 만지기전에 전선에서 존재하는 소스전압 Vs:

2. 그것이 분배 네트워크에 연결되었다면 "영" 인지 "영"에 가까운 값인지를 결정할 수 있는 소스 임피던스 Zs, 그리고

3. 만약 그것(단락회로 전류)이 라인을 통해 자유롭게 접지될 수 있는가를 평가할 수 있는 단락회로전류, Ic.c는 만약 접지가 만들어진다면 접지로 흐르게 될 전류이다.

상기 실시예로서 제공된 본 발명은 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 한도에서 수정과 변경이 가능한 것이다. 가령 저항요소와 탐침은 본원 명세서에서 표시된 것과는 다른 크기를 갖기도 하며 측정회로(17)은 바람직한 결과를 얻기위해 여러다른 방법으로 구성될 수도 있다.

Claims (8)

1. 교류전압의 크기를 결정하기 위해 전선 또는 전기장치상에 존재하는 실제 교류전압을 분석하기 위한 전기 측정장치에 있어서, 이같은 장치가 접지에 연결가능한 한 출력, 그리고 분석되어질 교류전압을 캡팅(Capting)하기 위한 한 입력접촉요소를 포함하며, 상기 접촉요소가 상기 교류전압의 반주기동안에만 전도되는 첫번째 일련의 낮은 저항요소, 상기 첫번째 일련의 낮은 저항요소의 출력으로 연결된 일련의 낮은 크기의 저항, 그리고 상기 낮은 저항요소와 병렬로 연결된 두번째 일련의 높은 크기저항에 연결되고, 상기 교류전압 상기 교류전압의 나머지 반주기동안 두번째 일련의 높은 크기저항에 존재하며 한 측정회로가 상기 측정저항에 결합되고 두 일련의 저항요소들로부터의 전압 신호를 구분할 수 있으며 상기 전압신호가 높은 혹은 낮은 임피던스 소스로부터 발생하는가를 결정하기 위한 계산회로 수단을 가지고, 한 표시기가 임피던스 소스의 상태를 나타내고 그리고 경보표시기가 낮은 임피던스 소스를 나타내는 정해진 한계값이 초과되었는가를 나타냄을 특징으로 하는 전기 측정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 낮은 저항요소가 상기 접촉요소로부터의 포워드 바이어스 방향으로 연결된 일련의 다이오드를 포함하여 상기 교류전압의 포지티브 주디동안에 전도되도록 하며, 상기 다이오드가 높은전압을 인내할 수 있고 네가티브 주기동안에는 상기 두번째 일련의 저항내 전류흐름과 비교하여 무시할만한 전류를 가짐을 특징으로 하는 전기 측정장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 일련의 낮은 크기저항기가 4MΩ의 크기를 가지며, 상기 일련의 높은 크기 저항기가 총 100 또는 200MΩ의 크기를 가짐을 특징으로 하는 전기 측정장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 측정회로가 직렬로 연결되 있으며 상기 직렬의 낮은 크기 저항 사이에 오는 측정저항기중 한 저항기의 각 측면에 연결된 두개의 입력 그리고 접지에 연결된 두번째의 측정 저항기를 가지며, 상기 두 입력중 하나가 상기 양전압 신호를 받아들이고 음전압 신호는 차단하기 위한 포워드 바이어스 입력 다이오드를 가지며 다른 한 입력이 음전압 신호를 받아들이고 양전압 신호는 차단하기 의한 리버스 바이어스 입력 다이오드를 가짐을 특징으로 하는 전기 측정장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 측정회로가 상기 두 입력의 각각에 연결된 스위치 수단을 포함하여 상기 양전압과 음전압 신호를 조정회로에 직렬로 연결시키도록 하며 아날로그/디지탈 변환기 회로에 공급하도록 하고 이는 다시 상기 전압신호를 대표하는 디지탈 신호를 상기 신호가 분석되고, 기준크기와 비교하여 한 출력신호를 발생시키어 상기 경보수단으로 공급하는 한 산술회로로 공급하게함을 특징으로 하는 전기 측정장치.
6. 전선 또는 전기장치에 존재하는 교류전압의 크기를 분석하여 진압은 고 임피던스 혹은 저 임피던스소스로부터 발생하는가를 결정하도록 하는 방법에 있어서, 상기 방법이;

   i) 첫번째 일련의 낮은 크기 단일방향 요소와 두번째 병렬의 일련의 높은 크기 저항을 가지는 한 바이-임피던스 탐침을 제공하고, 상기 병렬의 직력-연결된 요소들이 일련의 낮은 크기 저항들에 연결되며;

   ii) 상기 탐침의 출력을 접지에 연결시키고;

   iii) 상기 탐침의 입력을 상기 전선 또는 장치에 저항에서 그리고 상기 일련의 높은 크기 저항들과 나타내는 출력전압 신호를 발생시키도록 하며;

   iv) 상기 출력전압 신호를 한 탐침출력에서 산술적으로 처리하여 이들의 높은 또는 낮은 임피던스 소스로부터 발생되는 것인가를 결정하도록 하고;

   v) 소스의 임피던스 특성을 나타내도록 하며; 그리고

   vi) 만약 상기 출력 전압신호가 낮은 임피던스 소스를 나타내는 정해진 한계값을 초과하면 한 경보상태를 나타내도록 함을 포함함을 특징으로 하는 실제 교류전압 소스의 임피던스 분석방법.
7. 제6항에 있어서, 상기단계(i)가 낮은 크기 단일방향 요소로서 첫번째 일련의 다이오드를 제공하고 이들을 정방향 바이어스 방향으로 연결시키며, 상기 일련의 낮은 크기 저항에서의 츨력전압 신호는 상기 교류전압의 포지티브 반주기동안에 발생됨을 특징으로 하는 실제 교류전압 소스의 임피던스 분석방법.
8. 제6항에 있어서, 상기단계(iv)소스 임피던스를 결정하기 위해 다음의 공식을 유효하게 함을 포함하며;

   Ic.c=Vs/Zs

   이때 Vs는 소스전압이고;Zs는 임피던스 소스이며; 그리고 Ic.c는 단락회로 전류임을 특징으로 하는 실제 교류전압 소스의 임피던스 분석방법.