WO2024038989A1 - 다수의 콘센트에 연결된 부하의 누설상태를 측정하는 전기장치 및 그 방법. - Google Patents

다수의 콘센트에 연결된 부하의 누설상태를 측정하는 전기장치 및 그 방법. Download PDF

Info

Publication number
WO2024038989A1
WO2024038989A1 PCT/KR2023/003172 KR2023003172W WO2024038989A1 WO 2024038989 A1 WO2024038989 A1 WO 2024038989A1 KR 2023003172 W KR2023003172 W KR 2023003172W WO 2024038989 A1 WO2024038989 A1 WO 2024038989A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
current
leakage
insulation
ground
value
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/003172
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
정순권
송종환
Original Assignee
정순권
송종환
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 정순권, 송종환 filed Critical 정순권
Publication of WO2024038989A1 publication Critical patent/WO2024038989A1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/30—Structural combination of electric measuring instruments with basic electronic circuits, e.g. with amplifier
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/18—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/145—Indicating the presence of current or voltage
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/56—Testing of electric apparatus
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
    • G08B21/18—Status alarms

Definitions

  • the present invention relates to an electrical device and method for measuring the leakage state of a load connected to a plurality of outlets. More specifically, the ground insulation state of a load connected to a plurality of outlets branched from a ground-insulated power source is measured independently for each outlet. It relates to electrical devices and methods for protecting against electric shock and fire through diagnosis and warning when abnormal conditions occur.
  • the present invention provides an outlet that allows quick action by determining and informing the load insulation status of a specific outlet among a plurality of outlets.
  • a power supply device is a device that supplies power to certain electrical devices or facilities.
  • the power supply provided by the Korea Electric Power Corporation is usually a 3-phase, 4-wire type.
  • the line-to-line voltage at the final stage is 380V
  • the voltage between the line and neutral line is 220V
  • a typical home using 220V requires one line out of the three phases and a neutral line.
  • the neutral wire is usually made to have the same potential as the ground.
  • Patent Document 1 (Republic of Korea Patent Publication No. 10-2386390) is an electrical device that detects the input power supplied to an insulated load and detects and notifies electric shock or fire due to electric leakage when a breakdown of the insulated electrical device occurs.
  • An electrical device including first and second comparators that compare the voltage detected from the isolation amplifier and the reference voltage generator, respectively, a summer that sums the results of the first and second comparators, and an output switch that outputs the results of the summer. ego,
  • Patent Document 2 (Korean Patent Publication No. 10-2003-0010582) relates to an earth leakage detection circuit of a power supply device having a battery unit composed of a plurality of batteries, which is connected to both electrodes of the battery unit and detects a potential difference between the two electrodes.
  • a first current path having a reference point that generates a reference voltage according to, and a second path connected to both electrodes of the battery unit, having three points with different potentials, the middle point of which is connected to ground through an insulation resistance.
  • First and second voltages are applied to one input terminal from each of the two points between the midpoints of the current path and the second current path, and a reference voltage is applied to the other input terminal from the reference point of the first current path.
  • An earth leakage detection circuit of a power supply device including two comparators and a detection circuit that detects the occurrence of earth leakage based on the outputs of the first and second comparators,
  • Patent Document 3 discloses an input port to which the output terminal of the first phase transformer is connected, an output port to which the input terminal of the first circuit breaker is connected, a first LAN port, and a second LAN port.
  • a first judge comprising: a second determiner including an input port to which the output terminal of the second zero-phase current transformer is connected, an output port to which the input terminal of the second circuit breaker is connected, a first LAN port, and a second LAN port; and a main unit connected to the first LAN port of the first judge by a LAN cable, where the second LAN port of the first judge and the first LAN port of the second judge are connected to a different LAN cable.
  • each of the first and second determiners analyzes the signal input to the input port and outputs a blocking signal to the output port if it determines that it is a short circuit, and the main unit It is an earth leakage blocking system that monitors the status,
  • Patent Document 4 Korean Patent Registration No. 10-2169232 discloses two or more power lines insulated from the ground, and one end electrically connected to at least one of a first neutral point having a potential between the voltages of the two or more power lines, and one end electrically connected to the ground. It includes one or more fault detectors having the other end electrically connected to the terminal, and each fault detector includes a current detection unit that limits the leakage current flowing to the ground to a predetermined dangerous current or less and detects the leakage current, and one or more fault detectors.
  • the fault detector that is electrically connected to the power line is configured so that the current flowing through the fault detector flows in either the outflow or inflow direction from the ground, and the current path is established so that the current flowing through the fault detector is blocked in a normal state. It includes a unidirectional current unit that limits the current in one direction, and the fault detector is an electric shock and fire prevention device that detects leakage current by forming a current path for the leakage current flowing from two or more power lines or a first neutral point to the ground.
  • Patent Document 1 when multiple outlets are commonly connected to a ground-insulated power source, it is not easy to specify the outlet of a load with an insulation problem, and there is a problem that the entire load must be inspected.
  • galvanic isolation power equipment is provided between the grid power source and the electrical equipment.
  • These insulated electrical devices have a grounding terminal separate from the power line supplied from the power facility, and the grounding terminal is floating from the power line. These insulated electrical devices are susceptible to damage caused by short circuit due to deterioration of the lifespan of the device or waterlogging. Electric shock and fire can be prevented, but there is no technology to prevent them.
  • the present invention was made to solve the problems of the prior art as described above.
  • the insulation status between the ground and power of the load connected to each outlet is diagnosed for each outlet, thereby preventing ground insulation breakdown.
  • the purpose is to provide an electrical device and method for measuring the leakage status of loads connected to multiple outlets branched off from a grounded insulated power source so as to quickly respond to the risk of electric shock or fire.
  • the insulation status of the load connected to each outlet can be determined from each individual outlet, the time to easily discover and correct the fault can be shortened, thereby reducing costs and resources.
  • An electric device for measuring the leakage state of a load connected to a plurality of outlets branched from a grounded insulated power source includes an individual leakage measurement device 400, and measures the individual leakage.
  • the device 400 includes a current measuring means 420 of an iron core type, a ferrite type, or an HCT type that is commonly applied to two power lines and measures the current difference flowing in the two power lines; Voltage measuring means 430 for measuring each voltage; Inspection switches (431, 434) that operate each voltage measurement means alternately with a time difference and have an operation time of one cycle or more; Isolation amplifiers (433, 436) that measure voltage from measurement resistances (432, 435); An operational amplifier 421 that is directly connected to the current measuring means 420, converts the current into voltage, and sends an output to the microprocessor 450, which determines the insulation state between the ground of the load and the power source; A microprocessor 450 that converts the output of the operational amplifier 421 and the isolation amplifiers 433 and 436 into
  • Equation 2 By applying Equation 2 from the first leakage current (IR.LK) flowing through the measurement resistances 432 and 435, the measured current 452, and the reference signal generator 453, Apply to calculate the second leakage current (ICT.LK) flowing through the current measuring means 420, and calculate the difference between the first leakage current (IR.LK) and the second leakage current (ICT.LK).
  • Equation 1 is obtained from the measured voltage 451 and the reference signal generator 453.
  • Equation 2 from the measured current 452 and the reference signal generator 453
  • the above equation 1 person and the above equation 2 The measurement time for calculating is more than one cycle and is an integer multiple of the cycle.
  • microcurrent ( ⁇ I) value which is the insulation judgment standard, can be changed depending on the capacity of the system or the application environment and is characterized as having a value of 50 mA or less.
  • 50mA is the limit capacity of a typical earth leakage circuit breaker and is the maximum for both home and industrial use. When applied to actual home and industrial use, it can be commercialized for 30mA and 50mA.
  • the present invention provides an electrical device and method for measuring the leakage state of loads connected to multiple outlets branched off from a ground-insulated power source by measuring the leakage state of individual outlet loads when using multiple outlets. Since the deteriorated outlet can be identified, it has the effect of reducing costs and correction time.
  • Figure 1 shows a load (500,..., 500-N) state drawing.
  • Figure 2 is a diagram of the internal configuration of the individual leakage measurement device (400, ., 400-N) proposed in the present invention.
  • Figures 3 to 10 are state diagrams showing the flow of leakage current connected to the outlet according to the operation of the inspection switches 431 and 434 of the individual leakage measurement device of the present invention.
  • Figure 11 is a microprocessor operation flowchart within the individual leakage measurement device of the present invention.
  • the individual leakage measurement device 400 includes a current measuring means 420 of an iron core type, a ferrite type, or an HCT type that is commonly applied to two power lines and measures the current difference flowing in the two power lines; Voltage measuring means 430 for measuring each voltage; Inspection switches (431, 434) that operate each voltage measurement means alternately with a time difference and have an operation time of one cycle or more; Isolation amplifiers (433, 436) that measure voltage from measurement resistances (432, 435); An operational amplifier 421 that is directly connected to the current measuring means 420, converts the current into voltage, and sends an output to the microprocessor 450, which determines the insulation state between the ground of the load and the power source; A microprocessor 450 that converts the outputs of the operational amplifier 421 and the isolation amplifiers 433 and 436 into ADC (Analog-Digital Converter) and determines the insulation state between the ground and power of the connected load through internal calculation; It includes a display processing unit 460 that reports the result of the insulation state to the outside, and the
  • Equation 2 By applying Equation 2 from the first leakage current (IR.LK) flowing through the measurement resistances 432 and 435, the measured current 452, and the reference signal generator 453, Apply to calculate the second leakage current (ICT.LK) flowing through the current detector 420, and calculate the difference between the first leakage current (IR.LK) and the second leakage current (ICT.LK) to calculate the difference.
  • the insulation deterioration state of the electrical device is measured at each connected outlet, so that the location of the electrical device with the deteriorated insulation can be found as easily as possible and the fault can be solved.
  • FIG. 1 is a general representation of the power source and load to which the present invention will be applied.
  • the system power source 100 includes an isolation transformer 200 for ground insulation and individual outlets 300, 300-1, . . Power is supplied to each load (500, 500-1, ., 500-N) through. At this time, the insulation status of each load (500, 500-1, Vietnamese, 500-N) is measured for each outlet (300, 300-1, Vietnamese, 300-N) and the insulation status is determined. Shows the individual leak measurement devices (400, 400-1, Across, 400-N) to be used. For example, if the ground insulation condition of the load 500 deteriorates, this is determined by the individual leakage measurement device 400 and notified to the outside through means such as a built-in display device or communication device so that action can be taken.
  • Figure 2 illustrates a single-phase input as an example of the internal circuit of the individual leakage measurement device 400 presented in the present invention, but the same principle can be applied to three phases.
  • the two power supplies including ground input to the input terminal 410 pass through a current detector 420 to measure the current flowing in the two power supplies excluding ground and a voltage detector 430 drawn from each of the two power lines to the output terminal 440. ) is connected to.
  • the current detector 420 is used to measure the difference in current flowing between two wires, and the measured current is converted to voltage through the operational amplifier 421 and converted to an ADC (Analog-Digital Converter) built into the microprocessor 450.
  • ADC Analog-Digital Converter
  • the two voltages input from the voltage detector 430 are connected to ground through each check switch 431 and 434 and measurement resistors 432 and 435.
  • the voltages between ground and power in the measurement resistors 432 and 435 are at the same ratio. It is distributed and converted to an ADC (Analog-Digital Converter) built into the microprocessor 430 through the isolation amplifiers 433 and 436.
  • the measurement resistances 432 and 435 are set to sufficiently large values to be safe from electric shock. If an error occurs in the ground insulation in the load connected to the output terminal 440, it is notified through the output unit 460 through a buzzer, warning light, or communication light, so that action can be taken.
  • the communication at this time can be arbitrarily selected, such as power line communication or wired or wireless communication.
  • Figure 3 is a conceptual diagram showing the operation form of the individual leakage meter 400 presented in Figure 2.
  • the individual leakage meter 400 is indicated by a dotted line, and the inspection switches 431 and 434 operate intermittently to connect each power line to the measurement resistances 432 and 435. At this time, the inspection switch 431 and the inspection switch 434 are not operated at the same time and are operated alternately.
  • Figure 4 is a diagram showing a case where the operation of the inspection switch (431-1) of the outlet (420-1) installed with the individual leakage measurement device among a plurality of outlets overlaps with the operation of the inspection switch (431-1) of the individual leakage measurement device (400). This is shown in the case where the inspection switch (431-1) of the individual leakage measurement device (400-1) operates simultaneously. In this case as well, since there is no current flow, no voltage appears in the measurement resistor (432) and no voltage appears in the operational amplifier (421). It is not measured. At this time, if the inspection switch 431 of the individual leakage measurement device 400 and the inspection switch 434-1 of the individual leakage measurement device 400-1 operate, a voltage other than '0' is detected in the measurement resistance 432. And the current is also detected by the current detector. This phenomenon is the same as the phenomenon in FIG. 7, so it is included in the description of FIG. 7.
  • Figure 5 shows that when resistance or impedance 600, which indicates insulation damage, appears at the output terminal of the individual leakage measurement device 400, that is, when the ground insulation has deteriorated, and the inspection switch 431 operates, the inspection is performed from the power source 200.
  • the switch 431, the measurement resistance 432, the ground, the resistance or impedance 600 that appears due to insulation damage, and the leakage current path 601 to the power supply flow, and a voltage can be obtained from the measurement resistance 432. Since the resistance value of the measurement resistor 432 is already known, the first leakage current (IR.LK), which is the one-cycle average value of the current flowing through the leakage current path 601 from the measured voltage, can be calculated from Equation 1. For convenience, constant terms such as (2 ⁇ ) are not included.
  • First leakage current which is the one-cycle average value of the detected voltage
  • the second leakage current (ICT.LK) which is the one-cycle average value of the current detected by the current detector 420, can be obtained from Equation 2.
  • Second leakage current which is the one-cycle average value of the detected current
  • the insulation of the load connected to the given outlet 300 is in good condition. If the differential current value (IDET) is not 0, the load connected to the outlet 300 is in good condition. It is determined that insulation resistance between lines appears.
  • IDET IR.LK - ICT.LK > 0 can be obtained and the connected load can be determined to have poor insulation between ground and power line.
  • Figure 6 is a diagram showing the flow of leakage current when multiple individual leakage measurement devices to which the present invention is applied are connected in parallel to the same power source 200 and the inspection switches 431 and 431-1 are operated simultaneously. This shows the flow of leakage current, which appears as insulation damage.
  • the leakage current flowing through the resistance or impedance 600 has two paths 601 and 602. First, the first leakage current (IR.LK) and the second leakage current (ICT.LK) obtained through the current detector 420 can be obtained from the leakage current obtained by the leakage current path 601. The results are as follows. in other words,
  • ICT.LK ICT.LK(601) + ICT.LK(602) ⁇ 0 (taking the direction of current into account),
  • IDET IR.LK - ICT.LK > 0 can be obtained and the connected load can be determined to have poor insulation between ground and power line. What should be kept in mind at this time is that ICT.LK(602), which calculates the current flowing through the leakage current path 602, has a negative value, which is obvious from Equation 2.
  • Figure 7 shows the leakage current path when the inspection switch 431 of the individual leakage measurement device 400 operates when the insulation condition between the ground and power supply of the load of the outlet 300-1 deteriorates in the same connection environment as Figure 5.
  • the leakage current flows along the current path 603, and the first leakage current (IR.LK) and second leakage current (ICT.LK) measured at that time are as follows.
  • ICT.LK IR.LK > 0
  • Figure 8 shows the existence of insulation resistance between the ground and power at the load end of the outlet (420-1) where the individual leakage measurement device is installed among the multiple outlets, and the individual leakage adjacent to the check switch 431 of the individual leakage measurement device 400.
  • the inspection switch 431-1 of the measuring device 400-1 operates simultaneously, there are two leakage currents 603 and 604 as a leakage current flow chart. At this time, the first leakage current path appears in the individual leakage measuring device 400.
  • the current value by (603) is as follows.
  • ICT.LK IR.LK > 0
  • the second leakage current path 604 has no effect on the individual leakage measurement device 400 and is therefore not reflected in the calculation.
  • the differential current value (IDET) at the load to which the individual leakage measurement device 400 is connected is '0', so it can be determined that the load connected to the outlet 300 has good insulation between ground and power.
  • Figure 9 is a diagram showing a case where insulation resistance between ground and power exists in two or more outlets (300, 300-1) and only the check switch 431 of the individual leakage measurement device 400 operates. Two leaks are shown.
  • the first leakage current (IR.LK) and the second leakage current (ICT.LK), which show the current paths 601 and 602 and are measured by the individual leakage measurement device 400, can be obtained as follows.
  • IR.LK IR.LK(601) + IR.LK(603) > 0
  • ICT.LK IR.LK(603) > 0
  • Figure 10 shows the presence of insulation resistance between ground and power in two or more outlets (300, 300-1) and the inspection switch of the individual leakage measurement device (400, 400-1) connected to each outlet (300, 300-1).
  • (431, 431-1) operates simultaneously, and there are a total of four resistances or impedances (600-1, 600-2, 600-3, 600-4) that appear as insulation damage, and one of them has a leakage path ( 604) has no effect on the measurement of the individual leakage measurement device 400 and can be ignored.
  • the inspection switch 431 of the individual leakage measurement device 400 is operated, the first leakage current (IR.LK) detected through the voltage detector 430 is the current through the two leakage current paths 601 and 603.
  • the second leakage current (ICT.LK) measured through the current detector 420 is measured, and the second leakage current (ICT.LK) measured through the current detector 420 is measured through a total of three leakage current paths (601, 602, and 603).
  • the current measured by the current detector 420 is the leakage current due to the leakage paths 602 and 603, and the measurement results are as follows. same.
  • IR.LK IR.LK(601) + IR.LK(603) > 0
  • ICT.LK ICT.LK(602) + ICT.LK(603)
  • IDET IR.LK(601) - ICT.LK(602)
  • ICT.LK (602) has a negative value, so as a result, IDER has a positive value rather than '0', and the load connected to the outlet (300) is in an insulated state between ground and power. It can be determined that something is wrong.
  • Figure 11 shows a flow chart of programming the results obtained from the above series of logical matters into the microprocessor 450 in the individual leakage measurement device 400, and shows the current obtained from the current detector 420 and the voltage detector 430.
  • the output of the isolation amplifiers (433, 436) is converted to an ADC (Analog-Digital Converter) in the microprocessor (450) to obtain a voltage measurement value (451), and the output of the operational amplifier (420) is also converted to ADC to measure the current.
  • a value is obtained (452)
  • a standardized reference signal is generated in phase synchronization with the power supply (453)
  • the obtained voltage measurement value and reference signal are periodically integrated and averaged according to Equation 1 (454), and the obtained current is measured.
  • the value and the reference signal are periodically integrated and averaged according to Equation 2 (455), and the result of the two equations is calculated according to Equation 3 to obtain the differential current value (IDET) (456).
  • the differential current value (IDET) obtained in this way is calculated. If the absolute value of is less than the specified microcurrent ( ⁇ I), the insulation condition is judged to be good (458), and if the absolute value of the differential current value (IDET) is greater than the specified microcurrent ( ⁇ I), the insulation condition is judged to be poor. (459), and is characterized by including a display unit processing function (461) that reports the decision result to the outside through means such as sound, light, and communication.
  • the present invention describes the configuration and operation method for a single phase, it can be easily understood that the same operation method can be applied to three phases.
  • the present invention is a proposal that can be generally used for single-phase, three-phase, and higher constants, and applying it to a multi-phase system does not deviate from the scope of the present invention.

Abstract

본 발명은 접지분리된 전원에 다수의 콘센트가 연결되어 있을 때 각 콘센트에 연결된 부하의 접지-전원간 절연상태를 콘센트 별로 진단하므로 접지 절연 파괴로 인한 감전 또는 화재의 위험에 대해 빠르게 대응할 수 있는 방법을 제시한다. 본 발명에 의한 구현은 콘센트와 부하 사이에 독립적으로 설치될 수도 있고 콘센트와 일체형으로 제작될 수 있다.

Description

다수의 콘센트에 연결된 부하의 누설상태를 측정하는 전기장치 및 그 방법.
본 발명은 다수의 콘센트에 연결된 부하의 누설상태를 측정하는 전기장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 접지 절연된 전원으로부터 분기된 다수의 콘센트에 연결된 부하의 접지 절연 상태를 콘센트 별로 독립적으로 진단하고 이상 상태 발생시 경고 등을 통하여 감전 및 화재로부터 보호받기 위한 전기장치 및 그 방법에 관한 것이다.
특히 본 발명은 다수의 콘센트 중 특정 콘센트의 부하 절연 상태를 판단하여 알려주므로 빠른 조치가 가능한 콘센트를 제공함에 있다.
전원장치는 소정의 전기장치나 설비에 전력을 공급하는 장치이다.
우리나라는 한국전력공사에서 제공하는 전원은 통상 3상4선식으로, 통상적으로 최종단에서의 선간전압은 380V이고, 선과 중성선 사이 전압은 220V로서 220V를 사용하는 일반 가정에는 3상 중 하나의 선과 중성선을 사용하는데 이때 중성선은 보통 대지와 동일한 전위를 가지도록 하고 있다.
전기장치는 안전성을 위해 접지되어 누전이 발생하였을 때 장치를 보호하고 누전에 의해 발생될 수 있는 위험을 제거하고 있다.
또한 통상의 전원장치에는 상기한 바와 같은 누전이나 전원공급 계통상의 발생되는 문제에 의해 발생될 수 있는 감전이나 화재의 발생을 방지하기 위한 다양한 기술이 개발되고 있으며, 그 예로 특허문헌 1 내지 4가 있다.
특허문헌 1(대한민국 등록특허공보 제10-2386390호)은 절연된 부하에 공급되는 입력 전원을 감지하여 절연된 전기기기의 고장 발생 시 누전에 의한 감전이나 화재를 감지하여 알리는 전기장치로서, 입력 전원 각각에 직렬로 제1 및 제2선택스위치를 통하여 제1 및 제2분배저항과, 제1 및 제2분배저항에서 분배된 전압을 측정하는 제1 및 제2절연증폭기와, 제1 및 제2 절연증폭기에서 검출된 전압과 기준전압생성기를 각각 비교하는 제1 및 제2 비교기와, 제1 및 제2비교기의 결과를 합산하는 합산기와, 합산기의 결과를 출력하는 출력스위치를 포함하는 전기장치이고,
특허문헌 2(대한민국 공개특허공보 제10-2003-0010582호)는 복수의 전지로 구성되는 전지 유닛을 구비한 전원 장치의 누전 검출 회로에 있어서, 전지 유닛의 양 전극에 접속되어, 양 전극간의 전위차에 따른 기준 전압을 발생하는 기준점을 갖는 제1 전류 경로와, 전지 유닛의 양 전극에 접속되어, 전위가 서로 다른 3점을 갖고, 3점 중, 중점이 절연 저항을 통해 접지에 접속된 제2 전류 경로와, 제2 전류 경로의 중점을 사이에 두고 있는 2점의 각각으로부터 한쪽 입력단으로 전압을 인가받음과 함께, 제1 전류 경로의 기준점으로부터 다른쪽 입력단으로 기준 전압을 인가받는 제1 및 제2 비교기와, 제1 및 제2 비교기의 출력에 기초하여 누전 발생을 검출하는 검출 회로를 포함하는 전원 장치의 누전 검출 회로이고,
특허문헌 3(대한민국 공개특허공보 제10-2019-0122444호)은 제1 영상변류기의 출력단이 연결되는 입력포트, 제1 차단기의 입력단이 연결되는 출력포트, 제1랜포트 및 제2랜포트를 포함하는 제1 판단기; 제2 영상변류기의 출력단이 연결되는 입력포트, 제2 차단기의 입력단이 연결되는 출력포트, 제1 랜포트 및 제2랜포트를 포함하는 제2 판단기; 및 어느 한 랜케이블에 의하여 제1 판단기의 제1 랜포트와 연결되는 메인유닛을 포함하되, 제1 판단기의 제2 랜포트와 제2 판단기의 제1 랜포트 사이가 다른 랜케이블에 의하여 연결되고, 제1 판단기 및 제2 판단기 각각은 입력포트로 입력된 신호를 분석해서 누전으로 판단하면 출력포트로 차단신호를 출력하며, 메인유닛은 제1 판단기 및 제2 판단기의 상태를 모니터링하는 누전 차단 시스템이며,
특허문헌 4(대한민국 등록특허공보 제10-2169232호)는 대지로부터 절연된 둘 이상의 전력선, 및 둘 이상의 전력선의 전압 사이의 전위를 갖는 제1 중성점 중 적어도 하나 이상에 전기적으로 연결되는 일단과, 대지에 전기적으로 연결되는 타단을 구비하는 하나 이상의 고장검출기를 포함하고, 고장검출기 각각은, 대지로 흐르는 누설전류를 소정의 위험전류 이하로 제한하고, 누설전류를 검출하는 전류 검출부를 포함하고, 하나 이상의 고장검출기 중 전력선에 전기적으로 연결되는 고장 검출기는, 고장검출기를 흐르는 전류가 대지로부터 유출 또는 유입되는 방향 중 어느 한 방향으로 흐르도록 구성되어, 정상상태에서 고장검출기를 흐르는 전류가 차단되도록 전류 경로를 단방향으로 제한하는 단방향 전류부를 포함하고, 고장검출기는, 둘 이상의 전력선 또는 제1 중성점에서 대지로 흐르는 누설전류에 대하여 전류 경로를 형성하여 누설전류를 검출하는 감전 및 화재방지 장치이다.
이와 같이 대부분의 감전 사고와 화재 사고는 접지와 전원 사이에 나타나는 현상으로 이를 차단하기 위해 전원과 접지를 분리하여 전원을 공급하는 방식을 채택한다.
하지만 이러한 경우, 즉 전원과 접지가 절연되어 있다 하더라도 만약 전원과 접지간 절연내력이 저하하면 동일한 현상 즉 누설전류로 인하여 화재나 감전의 위험성이 존재한다.
또한 특허문헌 1은 다수의 콘센트가 접지 절연된 전원에 공통으로 연결되어 있는 경우, 절연 문제가 있는 부하의 콘센트를 특정하기가 용이하지 않으며 부하 전체를 점검해야 하는 문제점이 있다.
한편 전기장치 중에는 절연이나 안전성 등의 문제로 인해 중성선이 접지와 연결되지 않아야 하는 전기장비가 있으며, 이를 위하여 계통전원과 전기 장비 사이에 전기적으로 절연된(Galvanic Isolation) 전원설비를 구비하고 있다.
이러한 절연된 전기장치에는 전원설비로부터 공급되는 전원선과 별도로 대지간 접지단자가 구성되며 접지단자는 전원선으로 부터 플로팅 되어 있으며, 이러한 절연된 전기장치는 기기기의 수명 열화 또는 침수에 따른 누전으로 인한 감전과 화재를 방지할 수 있으나 이에 대한 방지 기술이 없다.
특히 플로팅되어 있는 접지와 전원선을 모니터링하지 못함에 따라 전기장치의 절연상태를 파악할 수 없는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 접지분리된 전원에 다수의 콘센트가 연결되어 있을 때 각 콘센트에 연결된 부하의 접지-전원간 절연 상태를 콘센트 별로 진단하므로 접지 절연파괴로 인한 감전 또는 화재의 위험에 대해 빠르게 대응할 수 있도록 접지 절연된 전원에서 분기된 다수의 콘센트에 연결된 부하의 누설상태를 측정하는 전기장치 및 그 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이에 대해 개별 콘센트에서 각 콘센트에 연결된 부하의 절연상태를 파악할 수 있다면 고장 위치를 용이하게 발견하고 수정하는 시간을 단축하므로 비용과 재원을 줄일 수 있는 효과를 가진다.
상기와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 접지 절연된 전원에서 분기된 다수의 콘센트에 연결된 부하의 누설상태를 측정하는 전기장치에 있어서, 개별누설측정장치(400)을 포함하며, 개별누설측정장치(400)은 두개의 전원선에 공통으로 적용되어 두전원선에 흐르는 전류차를 측정하는 철심방식 또는 페라이트 방식 또는 HCT 방식의 전류측정수단(420); 각 전압을 측정하는 전압측정수단(430); 각 전압측정수단을 시차를 두고 교번하여 동작하며 한 주기 이상의 동작시간을 가지는 점검스위치(431, 434); 측정저항(432, 435)으로부터 전압을 측정하는 절연증폭기(433, 436); 전류측정수단(420)에 직접 연결되어 전류를 전압으로 변환하여 부하의 접지-전원간 절연상태를 판단하는 마이크로프로세서(450)로 출력을 보내는 연산증폭기(421); 연산증폭기(421)와 절연증폭기(433, 436)의 출력을 ADC(Analog-Digital Converter)변환하고 내부 연산을 통하여 연결된 부하의 접지-전원간절연상태를 판단하는 마이크로프로세서(450); 절연상태의 결과를 외부에 알리는 표시처리부(460);를 포함하며, 상기 마이크로프로세서(450)는 측정된 전압(451)과 기준신호 발생기(453)로부터 수학식 1인
Figure PCTKR2023003172-appb-img-000001
을 적용하여 측정저항(432, 435)을 흐르는 제1누설전류(IR.LK) 및 측정된 전류(452)와 기준신호 발생기(453)로부터 수학식 2인
Figure PCTKR2023003172-appb-img-000002
를 적용하여 전류측정수단(420)을 흐르는 제2누설전류(ICT.LK)를 연산하고, 상기 제1누설전류(IR.LK)와 상기 제2누설전류(ICT.LK)의 차를 연산하여 차분전류값(IDET)을 얻는 것과 상기 차분전류값(IDET)의 절대치 크기가 정해진 미소전류(△I)값과 비교하여, 미소전류(△I)보다 작으면 절연상태 양호로 판정하고, 미소전류(△I)보다 크면 절연상태 불량으로 판정하는 것을 특징으로 하는 접지 절연된 전원에서 분기된 다수의 콘센트에 연결된 부하의 누설상태를 측정하는 전기장치를 포함한다.
상기 다수의 콘센트를 사용하는 경우 접지-전원간 절연내력이 저하한 콘센트를 특정할 수 있는 것을 포함한다.
또한, 접지 절연된 전원에서 분기된 다수의 콘센트에 연결된 부하의 누설상태를 측정하는 방법으로는, a) 측정된 전압(451)과 기준신호 발생기(453)로부터 수학식 1인
Figure PCTKR2023003172-appb-img-000003
을 적용하여 측정저항(432, 435)을 흐르는 제1누설전류(IR.LK)를 연산하는 연산단계(454); b) 측정된 전류(452)와 기준신호 발생기(453)로부터 수학식 2인
Figure PCTKR2023003172-appb-img-000004
를 적용하여 전류검출기(420)를 흐르는 제2누설전류(ICT.LK)를 연산하는 연산단계(455); c) 상기 연산된 상기 제1누설전류(IR.LK)와 상기 제2누설전류(ICT.LK)의 차를 연산하여 차분전류값(IDET)을 얻는 단계(456); d) 상기 차분전류값(IDET)의 절대치 크기가 정해진 미소전류(△I)값과 비교하여, 미소전류(△I)보다 작으면 절연상태 양호로 판정하고, 미소전류(△I)보다 크면 절연상태 불량으로 판정하는 단계(458, 459); e) 상기 절연상태의 결과를 외부에 알리는 표시처리단계(460);를 포함한다.
상기 수학식 1인
Figure PCTKR2023003172-appb-img-000005
과 상기 수학식 2인
Figure PCTKR2023003172-appb-img-000006
의 연산을 위한 측정시간은 한 주기 이상이며 상기 주기의 정수배인 것을 특징으로 한다.
절연 판정기준이 되는 상기 미소전류(△I)값은 시스템의 용량이나 적용환경에 따라 변경가능하며 50mA 이하의 값을 가지는 것을 특징으로 한다. 여기서의 50mA는 통상의 누전차단기 한계용량으로서 가정용과 산업용을 통틀어 최대치를 제시하였다. 실제 가정용과 산업용에 적용 시 30mA용과 50mA용으로 구분하여 제품화 할 수 있다.
본 발명에 접지 절연된 전원에서 분기된 다수의 콘센트에 연결된 부하의 누설상태를 측정하는 전기장치 및 그 방법은 다수의 콘센트를 사용하는 경우 개별 콘센트 부하의 누설상태를 측정하여 접지-전원간 절연내력이 저하한 콘센트를 특정할 수 있으므로 경비와 수정 시간을 줄이는 효과를 가진다.
또한 전원전체를 차단하지 않은 상태에서 개별 콘센트만을 분리할 수 있어 설비 가동시간을 유지하므로 인한 경제적 효과를 얻을 수 있다.
또한 접지-전원간 절연 열화 장소를 용이하게 추적할 수 있는 수단을 제공하므로 화재나 인명피해 같은 대형 사고를 미연에 방지할 수 있다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 접지절연된 전원 시스템(200)으로 부터 다수의 콘센트(300, ....., 300-N)에 분기된 부하(500, ....., 500-N) 상태 도면이다.
도2는 본 발명에서 제안하는 개별누설측정장치(400, ....., 400-N)의 내부 구성 도면이다.
도3 내지 도10은 본 발명의 개별누설측정장치의 점검스위치(431, 434) 동작에 따른 콘센트에 연결된 누설전류의 흐름을 보여주는 상태 도면이다.
도11은 본 발명의 개별누설측정장치 내의 마이크로프로세서 연산 흐름도면이다.
접지 절연된 전원에서 분기된 다수의 콘센트에 연결된 부하의 누설상태를 측정하는 전기장치에 있어서, 개별누설측정장치(400)을 포함하며,
상기 개별누설측정장치(400)은 두개의 전원선에 공통으로 적용되어 두전원선에 흐르는 전류차를 측정하는 철심 방식 또는 페라이트 방식 또는 HCT 방식의 전류측정수단(420); 각 전압을 측정하는 전압측정수단(430); 각 전압측정수단을 시차를 두고 교번하여 동작하며 한 주기 이상의 동작시간을 가지는 점검스위치(431, 434); 측정저항(432, 435)으로부터 전압을 측정하는 절연증폭기(433, 436); 전류측정수단(420)에 직접 연결되어 전류를 전압으로 변환하여 부하의 접지-전원간 절연상태를 판단하는 마이크로프로세서(450)로 출력을 보내는 연산증폭기(421); 상기 연산증폭기(421)와 상기 절연증폭기(433, 436)의 출력을 ADC(Analog-Digital Converter)변환하고 내부 연산을 통하여 연결된 부하의 접지-전원간 절연상태를 판단하는 마이크로프로세서(450); 상기 절연상태의 결과를 외부에 알리는 표시처리부(460);를 포함하며, 상기 마이크로프로세서(450)는 측정된 전압(451)과 기준신호 발생기(453)로부터 수학식 1인
Figure PCTKR2023003172-appb-img-000007
을 적용하여 측정저항(432, 435)을 흐르는 제1누설전류(IR.LK) 및 측정된 전류(452)와 기준신호 발생기(453)로부터 수학식 2인
Figure PCTKR2023003172-appb-img-000008
를 적용하여 전류검출기(420)를 흐르는 제2누설전류(ICT.LK)를 연산하고, 상기 제1누설전류(IR.LK)와 상기 제2누설전류(ICT.LK)의 차를 연산하여 차분전류값(IDET)을 얻는 것과 상기 차분전류값(IDET)의 절대치 크기가 정해진 미소전류(△I)값과 비교하여, 미소전류(△I)보다 작으면 절연상태 양호로 판정하고, 미소전류(△I)보다 크면 절연상태 불량으로 판정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가하여 실시할 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명을 통해 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 다수의 콘센트가 접지절연된 전원에 연결되어 전력을 공급받을 경우, 전기장치의 절연열화 상태를 연결된 개별 콘센트에서 측정하므로 절연열화된 전기장치의 위치를 최대한 용이하게 발견하므로 고장을 해결할 수 있는 시간과 노력을 경감할 수 있는 방안을 제시할 수 있다.
도1은 본 발명이 적용될 전원과 부하를 개괄적으로 표현한 것으로 계통전원(100)은 접지절연을 위한 절연변압기(200)와 개별 콘센트(300, 300-1, ....., 300-N)를 통하여 각 부하(500, 500-1, ....., 500-N)에 전력을 공급한다. 이때 각 부하(500, 500-1, ....., 500-N)의 절연상태를 각 콘센트(300, 300-1, ....., 300-N)별로 측정하고 절연상태를 판정할 개별누설측정장치(400, 400-1, ....., 400-N)를 보인다. 예로서, 만약 부하(500)의 접지 절연상태가 악화되었을때 이를 개별누설측정장치(400)에서 판단하여 자체 내장된 표시장치 또는 통신장치 등의 수단을 통하여 외부에 알려 조치가 이뤄지도록 함에 있다.
도2는 본 발명에서 제시하는 개별누설측정장치(400)의 내부회로예로서 단상입력에 대해 설명하지만 이는 삼상에 대해서도 동일한 원리로서 적용가능하다. 입력단(410)에 입력된 접지를 포함한 두개의 전원은 접지를 제외한 두 개의 전원에 흐르는 전류를 측정하기 위한 전류검출기(420)와 두 전원선 각각에서 인출된 전압검출기(430)를 거쳐 출력단(440)에 연결된다. 전류검출기(420)는 두선에 흐르는 전류의 차를 측정하기 위함이며 측정된 전류는 연산증폭기(421)를 통하여 전압으로 변환되어 마이크로프로세서(450)에 내장된 ADC(Analog-Digital Converter)변환된다. 또한 전압검출기(430)에서 입력된 두 전압은 각 점검스위치(431, 434)와 측정저항(432, 435)을 지나 접지에 연결되는데 측정저항(432, 435)에서 접지와 전원간 전압은 동일 비율로 분배되어 절연증폭기(433, 436)를 통하여 마이크로프로세서(430)에 내장된 ADC(Analog-Digital Converter)변환된다. 여기서 측정저항(432, 435)은 감전등으로 부터 안전한 충분히 큰 값으로 설정한다. 만약 출력단(440)에 연결된 부하에서 접지 절연에 이상이 발생하면 출력부(460)를 통하여 부저, 경광등, 통신등을 통하여 알리므로 조치가 이뤄지도록 한다. 이때의 통신은 전력선 통신, 유무선통신 등을 임의로 선택할 수 있다.
도3은 도2에서 제시한 개별누설측정기(400)의 동작형태를 보여주는 개념도로서 편의상 부하의 위치등이 다소 변경되어 있긴 하나 동일한 전원선에 연결되어 있기 때문에 회로의 동작 구성에 차이가 없다. 개별누설측정기(400)는 점선으로 표시되어 있는데 점검스위치(431, 434)는 단속적으로 동작하여 각 전원선을 측정저항(432, 435)에 연결한다. 이때 점검스위치(431)와 점검스위치(434)는 동시에 운용되지 않으며 교번하여 동작토록 한다.
만약 도3에서와 같이 부하(500)를 포함한 콘센트(300) 출력측에 전원-접지간 저항이 나타나지 않으면 점검스위치(431)를 통하여 측정저항(432)으로의 전류는 흐르지 않으며 측정저항(432)의 측정전압은 '0'이 될 것이다. 또한 전류센서(420)를 통하여 흐르는 전류도 없으므로 전류값을 측정하는 연산증폭기((421)의 출력전압도 '0'이 될 것이다.
도4는 다수의 콘센트 중 개별누설측정장치가 설치된 콘센트(420-1)의 점검스위치(431-1) 동작과 중복되었을 경우를 나타낸 그림으로 개별누설측정장치(400)의 점검스위치(431)와 개별누설측정장치(400-1)의 점검스위치(431-1)가 동시에 동작했을 경우를 보이는데 이때도 역시 전류의 흐름이 없으므로 측정저항(432)에서는 전압이 나타나지 않으며 연산증폭기(421)에서도 전압이 측정되지 않는다. 이때 만약 개별누설측정장치(400)의 점검스위치(431)와 개별누설측정장치(400-1)의 점검스위치(434-1)가 동작하면 측정저항(432)에는 '0'이 아닌 전압이 검출되며 전류검출기에서도 전류가 검출되는데 이때의 현상은 도7의 현상과 동일한 현상이므로 도7의 설명에 포함된다.
도5는 개별누설측정장치(400)의 출력단에서 절연파손으로 나타나는 저항 또는 임피던스(600)이 나타났을 경우, 즉 접지절연이 나빠졌을 경우로서 점검스위치(431)이 동작하면 전원(200)으로부터 점검스위치(431), 측정저항(432), 접지, 절연파손으로 나타나는 저항 또는 임피던스(600), 전원으로의 누설전류경로(601)가 흐르게 되고 측정저항(432)에서 전압을 얻을 수 있다. 측정저항(432)의 저항값은 이미 알고 있으므로 측정된 전압으로부터 누설전류 경로(601)를 통하여 흐르는 전류의 한주기 평균치인 제1누설전류(IR.LK)를 수학식1로부터 계산할 수 있다. 편의를 위하여 (2π) 같은 상수항은 포함하지 않았다.
수학식 1
Figure PCTKR2023003172-appb-img-000009
여기서,
Figure PCTKR2023003172-appb-img-000010
: 검출된 전압의 한주기 평균치인 제1누설전류
Figure PCTKR2023003172-appb-img-000011
: 전원과 동위상의 정규화된 정현파
Figure PCTKR2023003172-appb-img-000012
: 저항(R11) 양단의 전압
또한 전류검출기(420)에서 검출된 전류의 한주기 평균치인 제2누설전류(ICT.LK)를 수학식 2로부터 얻을 수 있다.
수학식 2
Figure PCTKR2023003172-appb-img-000013
여기서,
Figure PCTKR2023003172-appb-img-000014
: 검출된 전류의 한주기 평균치인 제2누설전류
Figure PCTKR2023003172-appb-img-000015
: 전원과 동위상의 정규화된 정현파
Figure PCTKR2023003172-appb-img-000016
: 전류검출기(420)에서 검출된 전류
그리고 특정의 콘센트(300)와 개별누설측정장치(400)에 연결된 부하의 누설상태는 수학식3으로 판정할 수 있다.
수학식 3
Figure PCTKR2023003172-appb-img-000017
만약, 차분전류값(IDET) 값이 0이면 주어진 콘세트(300)에 연결된 부하의 절연은 양호한 상태이며, 차분전류값(IDET) 값이 0이 아니면 콘센트(300)에 연결된 부하는 접지와 전원선 간 절연저항이 나타나고 있다고 판정한다.
단, 모든 전기장치는 정상적인 경우라도 절연저항은 나타나기 마련이므로 누전상태 판정에 다소의 범위를 두어야 할 필요가 있으며 이는 조정가능한 형태로 둘 필요가 있다.
상기 수학식1에서 수학식3의 판정 방법을 도5에 적용하면,
IR.LK > 0
ICT.LK = 0 이므로
IDET = IR.LK - ICT.LK > 0 을 얻을 수 있고 연결된 부하는 접지와 전원선간 절연상태가 좋지 않다고 판정할 수 있다.
도6은 본 발명을 적용한 개별누설측정장치가 동일 전원(200)에 병렬로 다수 연결되어 있고 점검스위치(431, 431-1)가 동시에 동작하였을 경우 누설전류의 흐름을 표현한 그림으로 절연파손으로 나타나는 저항 또는 임피던스(600)을 흐르는 누설전류는 2개의 경로(601, 602)를 가진다. 먼저 누설전류 경로(601)에 의해 얻어지는 누설전류로부터 제1누설전류(IR.LK)와 전류검출기(420)를 통하여 얻어지는 제2누설전류(ICT.LK)를 얻을 수 있는데 결과는 다음과 같다. 즉,
IR.LK > 0
ICT.LK = ICT.LK(601) + ICT.LK(602) < 0 이므로(전류의 방향을 고려),
IDET = IR.LK - ICT.LK > 0 을 얻을 수 있고 연결된 부하는 접지와 전원선간 절연상태가 좋지 않다고 판정할 수 있다. 이때 주지해야 할 사항은 누설전류경로(602)를 통하여 흐르는 전류를 계산한 ICT.LK(602)가 음의 값을 가지는데 이는 수학식2에서 자명하다.
도7은 도5와 동일한 연결 환경에서 콘센트(300-1) 부하의 접지-전원간 절연상태가 나빠졌을 경우 개별누설측정장치(400)의 점검스위치(431)가 동작의 했을때의 누설전류 경로를 나타낸 그림으로 누설전류는 전류경로(603)을 따라 흐르게 되고 그때 측정된 제1누설전류(IR.LK), 제2누설전류(ICT.LK)는 다음과 같다.
IR.LK > 0
ICT.LK = IR.LK > 0 이므로
IDET = IR.LK - ICT.LK = 0 을 얻을 수 있고 개별누설측정장치(400)에 연결된 부하는 접지-전원간 절연이 양호한 상태임을 판정할 수 있다.
도8은 다수의 콘센트 중 개별누설측정장치가 설치된 콘센트(420-1)의 부하단에서의 접지-전원간 절연저항이 존재하고 개별누설측정장치(400)의 점검스위치(431)와 인접한 개별누설측정장치(400-1)의 점검스위치(431-1)가 동시에 동작할 경우 누설전류 흐름도로서 두 개의 누설전류(603, 604)를 가지는데 이때 개별누설측정장치(400)에 나타나는 첫번째 누설전류경로(603)에 의한 전류값은 다음과 같다.
IR.LK > 0
ICT.LK = IR.LK > 0 이므로
IDET = IR.LK - ICT.LK = 0 을 얻을 수 있다. 또한 두번째 누설전류경로(604)는 개별누설측정장치(400)에는 아무런 영향을 주지 않으므로 연산에 반영하지 않는다. 결과적으로 개별누설측정장치(400)가 연결된 부하에서의 차분전류값(IDET)은 '0'이므로 콘센트(300)에 연결된 부하는 접지-전원간 절연이 양호하다고 판정할 수 있다.
도9는 2개 이상의 콘센트(300, 300-1)에서 접지-전원간 절연저항이 존재하는 경우로서 개별누설측정장치(400)의 점검스위치(431)만 동작하는 경우를 보이는 그림으로 2개의 누설전류 경로(601, 602)를 보이며 개별누설측정장치(400)에서 측정되는 제1누설전류(IR.LK), 제2누설전류(ICT.LK)는 다음과 같이 얻을 수 있다.
IR.LK = IR.LK(601) + IR.LK(603) > 0
ICT.LK = IR.LK(603) > 0 이므로
IDET = IR.LK - ICT.LK = IR.LK(601) > 0 을 얻을 수 있다. 판정식으로부터 콘센트(300)에 연결된 부하는 접지-전원간 절연저항이 존재하며 수리 또는 조치가 필요함을 보인다. 타 콘센트(300-1)에 연결된 부하의 접지-전원 간 절연상태가 나쁘다는 것을 알고 있지만 그 정확한 위치를 특정할 수 없고 이는 타 콘센트(300-1)에 연결된 개별누설측정장치(400-1)을 통해서 확인하여야 하는 사항이다.
도10은 2개 이상의 콘센트(300, 300-1)에서 접지-전원간 절연저항이 존재하고 각각의 콘센트(300, 300-1)에 연결된 개별누설측정장치(400, 400-1)의 점검스위치(431, 431-1)가 동시에 동작하는 경우를 보이는데 총 4개의 절연파손으로 나타나는 저항 또는 임피던스(600-1, 600-2, 600-3, 600-4)가 존재하며 이중 1개의 누설경로(604)는 개별누설측정장치(400)의 측정에 아무런 영향을 주지 않으므로 무시할 수 있다. 먼저 개별누설측정장치(400)의 점검스위치(431)를 동작했을 경우 전압검출기(430)을 통해 검출되는 제1누설전류(IR.LK)는 두개의 누설전류 경로(601, 603)를 통한 전류가 측정되며, 전류검출기(420)을 통하여 측정되는 제2누설전류(ICT.LK)는 총3개의 누설전류 경로(601, 602, 603)를 통한 전류가 측정된다. 이때 누설전류 경로(601)를 통한 전류는 전류검출기(420)에서 서로 상쇄되므로 전류검출기(420)에서 측정되는 전류는 누설경로(602, 603)에 의한 누설전류가 측정되며 그 측정 결과는 다음과 같다.
IR.LK = IR.LK(601) + IR.LK(603) > 0
ICT.LK = ICT.LK(602) + ICT.LK(603) 이므로
IDET = IR.LK - ICT.LK = IR.LK(601) + IR.LK(603) - ICT.LK(602) - ICT.LK(603)
여기서, IR.LK(603) = ICT.LK(603) 이므로 이 두 항목을 상쇄하면 차분전류값(IDET)는 다음과 같다.
IDET = IR.LK(601) - ICT.LK(602)
그림에서 알 수 있는바와 같이 ICT.LK(602)는 음의 값을 가지므로 결과로서 IDER는 '0'이 아닌 양의 값을 가지게 되며 콘센트(300)에 연결된 부하는 접지-전원간 절연상태에 이상이 있음을 판정할 수 있다.
도11은 상기의 일련의 논리적 사항들로 부터 얻게 된 결과를 개별누설측정장치(400)내의 마이크로프로세서(450)에 프로그램화 한 플로차트를 보이며 전류검출기(420), 전압검출기(430)에서 얻어진 전류와 전압을 절연증폭기(433, 436)의 출력을 마이크로프로세서(450) 내의 ADC(Analog-Digital Converter)변환하여 전압측정값을 얻고(451), 연산증폭기(420)의 출력 역시 ADC변환하여 전류측정값을 얻고(452), 전원과 위상동기를 이루며 규정화된 기준신호를 발생하고(453), 얻어진 전압측정값과 기준신호를 수학식1에 따라 주기적분하여 평균화하고(454), 얻어진 전류측정값과 기준신호를 수학식2에 따라 주기적분하여 평균화하고(455), 두식의 결과를 수학식3에 따라 연산하여 차분전류값(IDET)을 구하고(456), 이렇게 구한 차분전류값(IDET)의 절대값이 정해진 미소전류(△I)이하이면 절연상태가 양호하다고 판정하며(458), 차분전류값(IDET)의 절대값이 정해진 미소전류(△I)보다 크면 절연상태가 불량하다고 판정하고(459), 판정 결과를 소리, 빛, 통신 등의 수단을 통하여 외부에 알리는 표시부처리 기능(461)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 단상에 대하여 그 구성과 동작 방식을 설명하고 있으나 이는 삼상에 대해서도 동일한 작동방식으로 적용이 가능함을 용이하게 이해할 수 있다. 즉, 본 발명은 단상과 삼상 및 그 이상의 상수에 대해서도 일반적으로 사용할 수 있는 제안이며 다상 시스템을 적용하는 것은 본 발명의 범주에 벗어나지 아니한다.
접지분리된 전원에 다수의 콘센트가 연결되어 있을 때 각 콘센트에 연결된 부하의 접지-전원간 절연 상태를 콘센트 별로 진단하므로 접지 절연파괴로 인한 감전 또는 화재의 위험에 대해 빠르게 대응할 수 있도록 접지 절연된 전원에서 분기된 다수의 콘센트에 연결된 부하의 누설상태를 측정하는 전기장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

Claims (5)

  1. 접지 절연된 전원에서 분기된 다수의 콘센트에 연결된 부하의 누설상태를 측정하는 전기장치에 있어서, 개별누설측정장치(400)을 포함하며,
    상기 개별누설측정장치(400)은 두개의 전원선에 공통으로 적용되어 두전원선에 흐르는 전류차를 측정하는 철심 방식 또는 페라이트 방식 또는 HCT 방식의 전류측정수단(420);
    각 전압을 측정하는 전압측정수단(430);
    각 전압측정수단을 시차를 두고 교번하여 동작하며 한 주기 이상의 동작시간을 가지는 점검스위치(431, 434);
    측정저항(432, 435)으로부터 전압을 측정하는 절연증폭기(433, 436);
    전류측정수단(420)에 직접 연결되어 전류를 전압으로 변환하여 부하의 접지-전원간 절연상태를 판단하는 마이크로프로세서(450)로 출력을 보내는 연산증폭기(421);
    상기 연산증폭기(421)와 상기 절연증폭기(433, 436)의 출력을 ADC(Analog-Digital Converter)변환하고 내부 연산을 통하여 연결된 부하의 접지-전원간 절연상태를 판단하는 마이크로프로세서(450);
    상기 절연상태의 결과를 외부에 알리는 표시처리부(460);를 포함하며,
    상기 마이크로프로세서(450)는 측정된 전압(451)과 기준신호 발생기(453)로부터 수학식 1인
    Figure PCTKR2023003172-appb-img-000018
    을 적용하여 측정저항(432, 435)을 흐르는 제1누설전류(IR.LK) 및 측정된 전류(452)와 기준신호 발생기(453)로부터 수학식 2인
    Figure PCTKR2023003172-appb-img-000019
    를 적용하여 전류검출기(420)를 흐르는 제2누설전류(ICT.LK)를 연산하고, 상기 제1누설전류(IR.LK)와 상기 제2누설전류(ICT.LK)의 차를 연산하여 차분전류값(IDET)을 얻는 것과 상기 차분전류값(IDET)의 절대치 크기가 정해진 미소전류(△I)값과 비교하여, 미소전류(△I)보다 작으면 절연상태 양호로 판정하고, 미소전류(△I)보다 크면 절연상태 불량으로 판정하는 것을 특징으로 하는 접지 절연된 전원에서 분기된 다수의 콘센트에 연결된 부하의 누설상태를 측정하는 전기장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 콘센트를 사용하는 경우 접지-전원간 절연내력이 저하한 콘센트를 특정할 수 있는 것을 특징으로 하는 접지 절연된 전원에서 분기된 다수의 콘센트에 연결된 부하의 누설상태를 측정하는 전기장치.
  3. a) 측정된 전압(451)과 기준신호 발생기(453)로부터 수학식 1인
    Figure PCTKR2023003172-appb-img-000020
    을 적용하여 측정 저항(432, 435)을 흐르는 제1누설전류(IR.LK)를 연산하는 연산단계(454);
    b) 측정된 전류(452)와 기준신호 발생기(453)로부터 수학식 2인
    Figure PCTKR2023003172-appb-img-000021
    를 적용하여 전류검출기(420)를 흐르는 제2누설전류(ICT.LK)를 연산하는 연산단계(455);
    c) 상기 연산된 상기 제1누설전류(IR.LK)와 상기 제2누설전류(ICT.LK)의 차를 연산하여 차분전류값(IDET)을 얻는 단계(456);
    d) 상기 차분전류값(IDET)의 절대치 크기가 정해진 미소전류(△I)값과 비교하여, 미소전류(△I)보다 작으면 절연상태 양호로 판정하고, 미소전류(△I)보다 크면 절연상태 불량으로 판정하는 단계(458, 459);
    e) 상기 절연상태의 결과를 외부에 알리는 표시처리단계(460)를 포함하는 것을 특징으로 하는 접지 절연된 전원에서 분기된 다수의 콘센트에 연결된 부하의 누설상태를 측정하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수학식 1인
    Figure PCTKR2023003172-appb-img-000022
    과 상기 수학식 2인
    Figure PCTKR2023003172-appb-img-000023
    의 연산을 위한 측정시간은 한 주기 이상이며 상기 주기의 정수배인 것을 특징으로 접지 절연된 전원에서 분기된 다수의 콘센트에 연결된 부하의 누설상태를 측정하는 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    절연 판정기준이 되는 상기 미소전류(△I)값은 시스템의 용량이나 적용환경에 따라 변경 가능하며 50mA 이하의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 접지 절연된 전원에서 분기된 다수의 콘센트에 연결된 부하의 누설상태를 측정하는 방법.
PCT/KR2023/003172 2022-08-19 2023-03-08 다수의 콘센트에 연결된 부하의 누설상태를 측정하는 전기장치 및 그 방법. WO2024038989A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2022-0103805 2022-08-19
KR1020220103805A KR102495186B1 (ko) 2022-08-19 2022-08-19 다수의 콘센트에 연결된 부하의 누설상태를 측정하는 전기장치 및 그 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024038989A1 true WO2024038989A1 (ko) 2024-02-22

Family

ID=85224101

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2023/003172 WO2024038989A1 (ko) 2022-08-19 2023-03-08 다수의 콘센트에 연결된 부하의 누설상태를 측정하는 전기장치 및 그 방법.

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR102495186B1 (ko)
CN (1) CN117590161A (ko)
WO (1) WO2024038989A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102495186B1 (ko) * 2022-08-19 2023-02-06 송종환 다수의 콘센트에 연결된 부하의 누설상태를 측정하는 전기장치 및 그 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101183617B1 (ko) * 2012-02-02 2012-09-18 주식회사 위너스 대기전력과 누설전류를 차단하는 멀티탭
KR101227658B1 (ko) * 2011-10-11 2013-01-29 주식회사 위너스 누설전류 차단 기능을 갖는 콘센트
KR20150131395A (ko) * 2013-05-27 2015-11-24 다나신덴기가부시키가이샤 누설 전류 산출 장치 및 누설 전류 산출 방법
KR102386390B1 (ko) * 2022-02-28 2022-04-14 김학민 절연된 전기기기의 감전보호 및 화재방지를 위한 전기장치
KR102495186B1 (ko) * 2022-08-19 2023-02-06 송종환 다수의 콘센트에 연결된 부하의 누설상태를 측정하는 전기장치 및 그 방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3600211B2 (ja) 2000-02-22 2004-12-15 三洋電機株式会社 電源装置の漏電検出回路
KR20190122444A (ko) 2018-04-20 2019-10-30 (주) 미디어스트림 누전 차단 시스템
KR102169232B1 (ko) 2020-04-28 2020-10-27 주식회사 아이티이 전기고장에 의한 감전 및 화재방지 장치와 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101227658B1 (ko) * 2011-10-11 2013-01-29 주식회사 위너스 누설전류 차단 기능을 갖는 콘센트
KR101183617B1 (ko) * 2012-02-02 2012-09-18 주식회사 위너스 대기전력과 누설전류를 차단하는 멀티탭
KR20150131395A (ko) * 2013-05-27 2015-11-24 다나신덴기가부시키가이샤 누설 전류 산출 장치 및 누설 전류 산출 방법
KR102386390B1 (ko) * 2022-02-28 2022-04-14 김학민 절연된 전기기기의 감전보호 및 화재방지를 위한 전기장치
KR102495186B1 (ko) * 2022-08-19 2023-02-06 송종환 다수의 콘센트에 연결된 부하의 누설상태를 측정하는 전기장치 및 그 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102495186B1 (ko) 2023-02-06
CN117590161A (zh) 2024-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7969696B2 (en) Ground fault detection and localization in an ungrounded or floating DC electrical system
WO2024038989A1 (ko) 다수의 콘센트에 연결된 부하의 누설상태를 측정하는 전기장치 및 그 방법.
WO2016171347A1 (ko) 전력량계의 오결선 감지 장치 및 그 방법
KR102050255B1 (ko) 변환기들의 배선을 테스트하기 위한 방법 및 테스트 디바이스
CN107710008B (zh) 调试用于支路监测系统的电压传感器和支路电流传感器的方法和设备
WO2019212125A1 (ko) 차단기 제어 모듈
CN107703414A (zh) 检测电路及检测方法
CN107636481B (zh) 调试用于支路监测系统的电压传感器和支路电流传感器的方法和设备
JP2006337193A (ja) 電力計測装置
CN106451220A (zh) 带电更换同杆多回路杆塔上设备的旁路设备及方法
WO2020159026A1 (ko) 누전 차단기 및 그 누설 전류 검출 방법
WO2015093838A1 (ko) 디지털 누전차단기
CN106405305A (zh) 零线断相检测电路和检测零线断相的方法
JP5105591B2 (ja) ケーブル接続チェッカー
CN110231539B (zh) 一种用于真双极直流输配电线路的单极接地故障检测系统
KR20130071699A (ko) 커넥터 오결합 감지 시스템
WO2016153210A2 (ko) 침수 시 감전 방지 장치 및 그 방법
WO2015111828A1 (ko) 중성점 접지 방식의 변압기 및 그 방법과 그를 이용한 침수 시 감전 방지 장치
CN210015191U (zh) 一种直流绝缘监测电路、装置及电子产品
WO2016039502A1 (ko) 전압센싱 및 제어 회로
WO2018070777A1 (ko) 자기유도 전원 공급 장치의 고장 진단 장치 및 방법
JP7233322B2 (ja) 地絡検出方法および装置
JPH06339218A (ja) 絶縁劣化検出装置
RU2265861C1 (ru) Устройство для контроля состояния оборудования с бумажно- масляной изоляцией конденсаторного типа
WO2019112258A1 (ko) 케이블의 열화상태 진단장치 및 진단방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23854963

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1