KR102722922B1 - 직류시스템에서 변형된 고임피던스 it 계통 변환 기능을 갖는 절연 감시 장치 및 이에 대한 방법 - Google Patents

직류시스템에서 변형된 고임피던스 it 계통 변환 기능을 갖는 절연 감시 장치 및 이에 대한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직류시스템에서 변형된 고임피던스 IT 계통 변환 기능을 갖는 절연 감시 장치 및 이에 대한 방법에 관한 것으로, 전압 측정부가 회로에 연결된 플러스 저항단 및 마이너스 저항단 각각의 전압을 측정하고, 저항 제어부가 각 저항단의 측정된 전압값에 따라 플러스 저항단 및 마이너스 저항단 중 어느 하나의 저항단에 부하저항을 연결 및 분리하며, 절연상태 판단부가 부하저항의 연결 전과 연결 후의 각 저항단의 측정된 전압값 및 각 저항단의 저항값으로 회로의 절연저항을 도출하여 각 저항단의 절연상태를 판단하는 구성으로 계통장치의 대지전위 상승을 억제하고, 절연성능 저하에 따른 접지극의 전식현상을 최소화할 수 있다.

Description

직류시스템에서 변형된 고임피던스 IT 계통 변환 기능을 갖는 절연 감시 장치 및 이에 대한 방법{INSULATION MONITORING DEVICE WITH HIGH IMPEDANCE IT SYSTEM CONVERSION FUNCTION MODIFIED IN DC SYSTEM AND METHOD THEREOF}
본 발명은 직류시스템에서 변형된 고임피던스 IT 계통 변환 기능을 갖는 절연 감시 장치 및 이에 대한 방법에 관한 것으로, 고임피던스로 직류계통에서 절연파괴를 실시간으로 감시를 할 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.
직류 발전원과 직류 부하의 확대는 에너지의 전력변환 효율 측면에서 직류 배전 시스템의 효율성이 검증되어 사용자의 직류 배전에 대한 요구가 증가하고 있다.
이는 전력품질과 에너지효율 문제 등을 해결할 수 있는 해결책이지만, 접지기술과 고장 검출 및 차단기술 등과 같은 전기안전에 대한 기술적 환경이 미비하여 현재까지는 사용이 극히 제한되고 있다.
종래의 직류배전은 개발기기의 연계운전 등의 성능 검증과 기술개발 위주로 진행이 되었으며, 부하의 모의 및 계통 모의 등 다양한 환경에 대한 시험에 따른 안전 확보 측면에서는 미흡한 상태이다.
현재 태양광 발전설비와 ESS 등 대부분의 저압 직류 시스템은 IT 계통인 비접지 시스템을 사용하고 있으며, 수용가용 직류배전과 같이 옥내에 시설하는 경우, 감전보호를 위하여 전기설비기술기준에서 정의하고 있는 대지전압 300V 이하로 구성하고 있다.
또한, 전기안전 측면에서 살펴보면 저압 직류배전의 단점인 절연열화에 따른 전식문제는 접지 공사시 접지극의 화학적 처리를 통해 전식을 방지하도록 규정하고 있지만, 근본적인 문제를 해결하고 있지 못하고 있으며, 인체 감전보호 및 설비 보호를 위한 절연감시장치는 태양광 발전설비와 ESS에 한정하여 설치하도록 규정하고 있어 사용자가 쉽게 접근할 수 있는 수용가용 저압 직류배전에는 권고사항으로 남아 사고가 발생할 우려가 있다.
따라서, 수용가용 저압 직류배전의 대지전압 제한으로 인한 사용전압의 제한, 전식, 및 감전보호 등의 전기안전 확보를 위하여 중간선 전원 및 접지계통을 사용하는 것이 유리한 것으로 나타난다.
그러나, 중간선을 이용한 전력변환장치 적용시 경제성 문제로 산업 성화가 저해됨에 따라 기술적, 경제적 문제를 해결하기 위한 저압 직류시스템은 IT 계통을 IN 계통으로 변환해주는 기술이 요구되고 있고, 이에 따라 인체 감전보호를 위한 절연 감시하는 기술의 개발이 필요하다.
대한민국 공개특허 제10-2020-0052688호(2020.05.15)
본 발명은, IN 계통의 접지저항 변경을 통해 절연감시를 통해 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 직류시스템에서 변형된 고임피던스 IT 계통 변환 기능을 갖는 절연 감시 장치 및 이에 대한 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 직류시스템에서 변형된 고임피던스 IT 계통 변환 기능을 갖는 절연 감시 장치는 회로에 연결된 플러스 저항단 및 마이너스 저항단 각각의 전압을 측정하는 전압 측정부; 상기 각 저항단의 측정된 전압값에 따라 상기 플러스 저항단 및 마이너스 저항단 중 어느 하나의 저항단에 부하저항을 연결 및 분리하는 저항 제어부; 및 상기 부하저항의 연결 전과 연결 후의 각 저항단의 측정된 전압값 및 각 저항단의 저항값으로 상기 회로의 절연저항을 도출하여 각 저항단의 절연상태를 판단하는 절연상태 판단부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 플러스 저항단은 양전압이 인가되는 회로에 적어도 하나의 저항이 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 마이너스 저항단은 음전압이 인가되는 회로에 적어도 하나의 저항이 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 플러스 저항단 및 마이너스 저항단 각각은 다수개의 저항이 병렬로 연결될 수 있다.
바람직하게는, 상기 저항 제어부는 상기 플러스 저항단의 측정된 전압값이 상기 마이너스 저항단의 측정된 전압값 이상이면 상기 마이너스 저항단에 부하저항을 연결하고, 상기 플러스 저항단의 측정된 전압값이 상기 마이너스 저항단의 측정된 전압값 미만이면 상기 플러스 저항단에 부하저항을 연결할 수 있다.
바람직하게는, 상기 부하저항은 상기 플러스 저항단 및 마이너스 저항단 중 어느 하나의 저항단보다 저항값이 작을 수 있다.
바람직하게는, 상기 절연상태는 인체 접촉, 급격한 전압강하, 및 지락에 따른 절연파괴 상태일 수 있다.
바람직하게는, 상기 절연상태 판단부는 상기 플러스 저항단 및 상기 마이너스 저항단 중 어느 하나의 저항단에 부하저항이 연결된 후 측정된 각 저항단의 전압값을 전달받아 각 저항단의 전압값의 비와 각 저항단의 도출된 절연저항을 비교하여 회로의 절연상태를 지속적으로 모니터링할 수 있다.
바람직하게는, 상기 저항 제어부는 상기 각 저항단의 전압값의 비가 상기 플러스 저항단의 도출된 절연저항보다 낮으면 상기 마이너스 저항단에 연결된 부하저항을 분리한 후 상기 플러스 저항단에 부하저항을 연결하고, 상기 각 저항단의 전압값의 비가 상기 마이너스 저항단의 도출된 절연저항보다 낮으면 상기 플러스 저항단에 연결된 부하저항을 분리한 후 상기 마이너스 저항단에 부하저항을 연결할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 직류시스템에서 변형된 고임피던스 IT 계통 변환 기능을 갖는 절연 감시 장치의 절연 감시 방법은 전압 측정부가 회로에 연결된 플러스 저항단 및 마이너스 저항단 각각의 전압을 측정하는 전압 측정 단계; 저항 제어부가 상기 각 저항단의 측정된 전압값에 따라 상기 플러스 저항단 및 마이너스 저항단 중 어느 하나의 저항단에 부하저항을 연결 및 분리하는 저항 제어 단계; 및 절연상태 판단부가 상기 부하저항의 연결 전과 연결 후의 각 저항단의 측정된 전압값 및 각 저항단의 저항값으로 상기 회로의 절연저항을 도출하여 각 저항단의 절연상태를 판단하는 절연상태 판단 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 저항 제어 단계는 상기 플러스 저항단의 측정된 전압값이 상기 마이너스 저항단의 측정된 전압값 이상이면 상기 마이너스 저항단에 부하저항이 연결되고, 상기 플러스 저항단의 측정된 전압값이 상기 마이너스 저항단의 측정된 전압값 미만이면 상기 플러스 저항단에 부하저항이 연결될 수 있다.
바람직하게는, 상기 절연상태 판단 단계는 상기 플러스 저항단 및 상기 마이너스 저항단 중 어느 하나의 저항단에 부하저항이 연결된 후 측정된 각 저항단의 전압값을 전달받아 각 저항단의 전압값의 비와 각 저항단의 절연저항을 비교하여 회로의 절연상태가 지속적으로 모니터링될 수 있다.
바람직하게는, 상기 저항 제어 단계는 상기 각 저항단의 전압값의 비가 상기 플러스 저항단의 절연저항보다 낮으면 상기 마이너스 저항단에 연결된 부하저항을 분리한 후 상기 플러스 저항단에 부하저항이 연결되고, 상기 각 저항단의 전압값의 비가 상기 마이너스 저항단의 절연저항보다 낮으면 상기 플러스 저항단에 연결된 부하저항을 분리한 후 상기 마이너스 저항단에 부하저항이 연결될 수 있다.
본 발명에 따르면, 직류 배전 계통장치의 대지전위 상승을 억제하고, 절연성능 저하에 따른 접지극의 전식현상을 최소화할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 절연 감시 장치의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 절연 감시 장치의 전체 회로도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 절연 감시 장치의 일반 상태를 나타낸 회로도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 플러스 저항단의 전압이 높은 상태의 회로도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 마이너스 저항단의 전압이 높은 상태의 회로도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 접지 변환 방법을 나타낸 순서도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 직류시스템에서 변형된 고임피던스 IT 계통 변환 기능을 갖는 절연 감시 장치 및 이에 대한 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 절연 감시 장치의 구성도이다.
도 1에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 절연 감시 장치의 구성은 전압 측정부(100), 저항 제어부(300), 및 절연상태 판단부(500)를 포함할 수 있다.
전압 측정부(100)는 회로에 연결된 플러스 저항단(20) 및 마이너스 저항단(30) 각각의 전압을 측정할 수 있다.
저항 제어부(300)는 상기 각 저항단의 측정된 전압값에 따라 상기 플러스 저항단(20) 및 마이너스 저항단(30) 중 어느 하나의 저항단에 부하저항을 연결 및 분리할 수 있다.
절연상태 판단부(500)는 상기 부하저항의 연결 전과 연결 후의 각 저항단의 측정된 전압값 및 각 저항단의 저항값으로 상기 회로의 절연저항을 도출하여 각 저항단의 절연상태를 판단할 수 있다.
여기서, 플러스 저항단(20)은 양전압이 인가되는 회로에 적어도 하나의 저항이 구비된 것일 수 있고, 마이너스 저항단(30)은 음전압이 인가되는 회로에 적어도 하나의 저항이 구비된 것일 수 있다.
또한, 플러스 저항단(20) 및 마이너스 저항단(30) 각각은 다수개의 저항이 병렬로 연결될 수 있다.
또한, 저항 제어부(300)는 상기 플러스 저항단(20)의 측ㄱ정된 전압값이 상기 마이너스 저항단(30)의 측정된 전압값 이상이면 상기 마이너스 저항단(30)에 부하저항을 연결하고, 상기 플러스 저항단(20)의 측정된 전압값이 상기 마이너스 저항단(30)의 측정된 전압값 미만이면 상기 플러스 저항단(20)에 부하저항을 연결할 수 있다.
여기서, 부하저항은 상기 플러스 저항단(20) 및 마이너스 저항단(30) 중 어느 하나의 저항단보다 저항값이 작을 수 있고, 절연상태는 인체 접촉, 급격한 전압강하, 및 지락에 따른 절연파괴 상태일 수 있다.
절연상태 판단부(500)는 상기 플러스 저항단(20) 및 상기 마이너스 저항단(30) 중 어느 하나의 저항단에 부하저항이 연결된 후 측정된 각 저항단의 전압값을 전달받아 각 저항단의 전압값의 비와 각 저항단의 절연저항을 비교하여 회로의 절연상태를 지속적으로 모니터링할 수 있다.
이때, 저항 제어부(300)는 상기 각 저항단의 전압값의 전?陋だ? 비가 상기 플러스 저항단(20)의 절연저항보다 낮으면 상기 마이너스 저항단(30)에 연결된 부하저항을 분리한 후 상기 플러스 저항단(20)에 부하저항을 연결하고, 상기 각 저항단의 전압값의 비가 상기 마이너스 저항단(30)의 절연저항보다 낮으면 상기 플러스 저항단(20)에 연결된 부하저항을 분리한 후 상기 마이너스 저항단(30)에 부하저항을 연결할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 절연 감시 장치의 전체 회로도이다.
도 2에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 절연 감시 장치의 전체 회로도는 전원장치(10), 플러스 저항단(20), 마이너스 저항단(30), 로드(11), 및 접지단(12)으로 구성될 수 있고, 플러스 저항단(20)의 병렬로 구비되는 부하저항을 포함할 수 있다. 부하저항은 제1 부하저항(40), 제2 부하저항(50), 제3 부항저항, 및 제4 부하저항(70)으로 구비될 수 있으나, 부하저항이 반드시 상술한 개수에 한정되는 것은 아니다.
또한, 플러스 저항단(20), 마이너스 저항단(30), 제1 부하저항(40), 제2 부하저항(50), 제3 부하저항(60), 및 제4 부하저항(70) 각각은 접지단(12)에 연결될 수 있다.
여기서, 제1 부하저항(40) 및 제3 부하저항(60)은 플러스 저항단(20)에 병렬로 연결될 수 있고, 제2 부하저항(50) 및 제4 부하저항(70)은 마이너스 저항단(30)에 병렬로 연결될 수 있다.
이때, 플러스 저항단(20)에 병렬로 연결되는 제3 부하저항(60) 및 마이너스 저항단(30)에 병렬로 연결되는 제4 부하저항(70) 각각은 각 저항단에서 측정된 전압값에 따라 제3 부하저항(60) 및 제4 부하저항(70) 중 어느 하나가 연결 및 분리될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 절연 감시 장치의 일반 상태를 나타낸 회로도이다.
도 3에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 절연 감시 장치의 일반 상태는 저항 제어부(300)에 구비된 각 제1 부하저항(40), 제2 부하저항(50), 제3 부하저항(60), 및 제4 부하저항(70) 중 제1 부하저항(40) 및 제2 부하저항(50)은 접지단(12)에 연결되고, 제3 부하저항(60) 및 제4 부하저항(70)은 오픈된 상태일 수 있다.
이때, 제3 부하저항(60) 및 제4 부하저항(70)이 오픈된 상태에서 플러스 저항단(20) 및 마이너스 저항단(30)의 전압을 측정하고 측정된 각각의 전압을 비교하되, 측정된 전압값 중 플러스 저항단(20)의 전압(VP)이 마이너스 저항단(30)의 전압(VN) 이상이면 마이너스 저항단(30)에 병렬로 연결되는 제4 부하저항(70)을 연결할 수 있다.
또한, 제3 부하저항(60) 및 제4 부하저항(70)이 오픈된 상태에서 플러스 저항단(20) 및 마이너스 저항단(30)의 전압을 측정하고 측정된 각각의 전압을 비교하되, 측정된 전압값 중 플러스 저항단(20)의 전압(VP)이 마이너스 저항단(30)의 전압(VN) 미만이면 플러스 저항단(20)에 제3 부하저항(60)을 연결할 수 있다.
저압 직류 시스템의 전기 안전성 확보하기 위해 IT 계통을 IN 계통으로 변환하기 위한 장치로 IN 계통 변환에 필수 요소인 고임피던스를 이용하여 절연감시 기능을 갖는 것으로 중간점 방식을 적용하기 때문에 대지전압을 1/2 로 감소시키고, 절연열화에 따른 누설전류를 감소시켜 대지로 흐르는 전류 제한에 따라 전식 현상을 최소화할 수 있으며, 절연감시를 통해 차단기 등 보호장치와 연동 시 인체 감전 보호 및 설비의 안전성 확보로 저압 직류 배전 활성화가 가능하다.
도 4는 일 실시예에 따른 플러스 저항단의 전압이 높은 상태의 회로도이고, 도 5는 일 실시예에 따른 마이너스 저항단의 전압이 높은 상태의 회로도이다.
도 4 및 도 5에서 나타낸 바와 같이, 각 저항단에서 측정된 전압값 중 플러스 저항단(20)의 전압이 높으면 마이너스 저항단(30)에 제4 부하저항(70)이 연결될 수 있고, 각 저항단에서 측정된 전압값 중 플러스 저항단(20)의 전압이 마이너스 저항단(30)의 전압이 높으면 플러스 저항단(20)에 제3 부하저항(60)이 연결될 수 있다.
이때, 플러스 저항단(20)에 대한 절연저항은 이고, 마이너스 저항단(30)에 대한 절연저항은 이며, IN 계통변환을 위한 고임피던스인 제1 부하저항(40) 및 제2 부하저항(50) 각각은 이고, 절연저항 도출을 위한 제3 부하저항(60) 및 제4 부하저항(70) 각각은 이며, 플러스 저항단(20)과 제1 부하저항(40)의 합성 병렬 절연저항인 플러스 저항단(20)의 합성 절연저항() 및 마이너스 저항단(30)과 제2 부하저항(50)의 합성 병렬 절연저항인 마이너스 저항단(30)의 합성 절연저항() 각각은 다음 수학식으로 표현될 수 있다.
[수학식 1]
[수학식 2]
수학식 1 및 2에서, VP 및 VN 각각은 제4 부하저항(70)이 연결되기 전 측정된 플러스 저항단(20)의 전압값 및 마이너스 저항단(30)의 전압값이고, VP'는 제4 부하저항(70)이 연결되고 난 후 측정된 플러스 저항단(20)의 전압값이며, VDC는 직류 전압이다. 플러스 저항단(20)의 절연저항 및 마이너스 저항단(30)의 절연저항은 각 제3 부하저항(60) 및 제4 부하저항(70)이 오픈된 상태에서 측정된 각 저항단의 전압값을 비교하였을 때, 플러스 저항단(20)의 전압값이 높게 측정됨에 따라 마이너스 저항단(30)에 제4 부하저항(70)이 연결될 수 있다. 이때, 제4 부하저항(70)이 연결된 상태에서의 각 저항단의 합성 절연저항을 도출할 수 있다.
여기서, 제3 부하저항(60) 및 제4 부하저항(70)이 오픈된 상태에서 측정된 각 저항단의 전압값을 비교하였을 때, 마이너스 저항단(30)의 전압값이 높다면 다음 수학식을 통해 도출할 수 있다.
[수학식 3]
[수학식 4]
수학식 3 및 4에서, VN은 제3 부하저항(60)이 연결되기 전 측정된 마이너스 저항단(30)의 전압값이고, VN'는 제3 부하저항(60)이 연결되고 난 후 측정된 마이너스 저항단(30)의 전압값이다.
이때, 플러스 저항단(20)의 합성 절연저항은 플러스 저항단(20)의 절연저항과 제1 부하저항(40)의 합성 저항을 나타내고, 마이너스 저항단(30)의 합성 절연저항은 마이너스 저항단(30)과 제2 부하저항(50)의 합성 저항을 나타내므로 각 저항단의 절연저항은 다음 수학식으로 표현될 수 있다.
[수학식 5]
[수학식 6]
수학식 5에서, 는 제3 부하저항(60) 및 제4 부하저항(70)이 오픈된 상태에서 측정된 각 저항단의 전압값 중 플러스 저항단(20)의 전압값이 높은 경우의 플러스 저항단(20)에 대한 절연저항을 나타낸 것이고, 수학식 6에서, 는 제3 부하저항(60) 및 제4 부하저항(70)이 오픈된 상태에서 측정된 각 저항단의 전압값 중 마이너스 저항단(30)의 전압값이 높은 경우의 마이너스 저항단(30)에 대한 절연저항을 나타낸 것이다.
이때, 각 저항단의 절연저항 값을 통합하면 다음 수학식으로 표현될 수 있다.
[수학식 7]
수학식 7에서, 는 전체 합성 절연저항이다. 플러스 저항단(20) 및 마이너스 저항단(30) 중 어느 하나의 저항단에 부하저항이 연결된 후, 각 저항단의 전압을 재측정하여 측정된 전압값의 비와 각 저항단의 절연저항으로 절연상태에 대한 지속적인 모니터링을 할 수 있으며, 이는 다음 수학식으로 표현될 수 있다.
[수학식 8]
[수학식 9]
수학식 8에서, VP' 및 VN'은 각각 각 저항단 중 마이너스 저항단(30)에 제4 부하저항(70)이 연결된 상태에서 측정된 플러스 저항단(20)의 전압값과 마이너스 저항단(30)의 전압값이고, 마이너스 저항단(30)에 제4 부하저항(70)이 연결된 상태에서 VP'/VN' 값이 플러스 저항단(20)의 합성 절연저항과 제4 부하저항(70)의 합을 제4 부하저항(70)으로 나눈값보다 작으면 마이너스 저항단(30)에 연결된 제4 부하저항(70)을 분리하고 플러스 저항단(20)에 제3 부하저항(60)을 연결할 수 있다.
또한, 수학식 9에서, 플러스 저항단(20)에 제3 부하저항(60)이 연결된 상태에서 측정된 각 저항단의 전압값 VP'/VN' 값이 마이너스 저항단(30)의 합성 절연저항과 제3 부하저항(60)의 합을 제3 부하저항(60)으로 나눈값보다 작으면 플러스 저항단(20)에 연결된 제3 부하저항(60)을 분리하고 마이너스 저항단(30)에 제4 부하저항(70)을 연결할 수 있다.
이때, 접지선으로 흐르는 전류를 검출하기 위해 전류감지장치(80)를 포함할 수 있으며, 전류감지장치(80)로부터 검출되는 전류는 완전 지락과 같이 나타나는 급격한 절연 고장을 검출하며, 앞서 검출한 절연저항과 검출된 누설전류값의 비교하여 인체 감전과 같은 2차 사고를 검출하는데 사용될 수 있다.
중간점 IN 접지방식에 대한 고장루프를 분석한 것으로 부하측 양극 및 음극 지락시 특성을 나타낸 것으로 절연 이상시 인체 접촉여부에 따라 인체 접촉으로 인한 병렬 저항 변화로부터 고장 전류가 변하는 것을 나타낸다. 이때, 고장루프 해석에 따라 인체 접촉으로 인한 병렬 저항(B)는 다음 수학식으로 표현될 수 있다.
[수학식 10]
수학식 10에서, B는 인체접촉으로 인한 병렬 저항이고, ZG, ZB, 및 ZPE는 각각 임피던스 저항이며, 인체 접촉 유무에 따른 고장전류는 양극과 음극에 따라 다음 표 1로 나뉠 수 있다.
부하측 지락 미접촉 시 고장전류[A] 외함 접촉 시 인체 통전 전류[A]
양극
음극
고저항 임피던스 변화에 따른 특성 분석을 위하여 고저항 임피던스값을 0.1 ~ 100[kΩ]의 범위에서 10배수로 구성하고, 인체저항의 경우 1[kΩ], 부하저항의 경우 임의의 정상상태 부하전류를 5[A]로 계산하여 76[Ω]으로 선정하여 동일 조건에서 분석한 결과를 표 2에서 나타낸다.
부하측 지락 미접촉 시 고장전류 [mA] 접촉 시 인체 통전 전류 [mA] 통전 시 인체전류방향
ZM[kΩ] ZM[kΩ]
0.1[kΩ] 1[kΩ] 10[kΩ] 100[kΩ] 0.1[kΩ] 1[kΩ] 10[kΩ] 100[kΩ]
양극 3778.0 379.80 38.0 3.80 1.861 0.187 0.019 0.002 하향
음극 -3778.0 -379.80 -38.0 -3.80 -1.861 -0.187 -0.019 -0.002 상향
표 2에서 나타낸 바와 같이, 절연감시 기능을 갖는 IN 계통 변환기 사용시 옥내 시설되는 수용가용 저압 직류배전의 대지전압 감소를 통해 인체 감전 보호와 절연감시 및 인체 감전 등의 2차 사고를 분석할 수 있어 전기안전 확보 및 직류 분야의 안전기술에 대한 신뢰성을 확보할 수 있고, 이를 바탕으로 직류 산업 활성화 및 수익창출이 가능하다.
도 6은 일 실시예에 따른 접지 변환 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 접지 변환 방법은 전압 측정 단계(S100), 저항 제어 단계(S300), 및 절연상태 판단 단계(S500)를 포함할 수 있다.
전압 측정 단계(S100)는 전압 측정부(100)가 회로에 연결된 플러스 저항단(20) 및 마이너스 저항단(30) 각각의 전압을 측정할 수 있다.
저항 제어 단계(S300)는 저항 제어부(300)가 상기 각 저항단의 측정된 전압값에 따라 상기 플러스 저항단(20) 및 마이너스 저항단(30) 중 어느 하나의 저항단에 부하저항을 연결 및 분리할 수 있다.
여기서, 저항 제어 단계(S300)는 상기 플러스 저항단(20)의 측정된 전압값이 상기 마이너스 저항단(30)의 측정된 전압값 이상이면 상기 마이너스 저항단(30)에 부하저항이 연결되고, 상기 플러스 저항단(20)의 측정된 전압값이 상기 마이너스 저항단(30)의 측정된 전압값 미만이면 상기 플러스 저항단(20)에 부하저항이 연결될 수 있다.
절연상태 판단 단계(S500)는 절연상태 판단부(500)가 상기 부하저항의 연결 전과 연결 후의 각 저항단의 측정된 전압값 및 각 저항단의 저항값으로 상기 회로의 절연저항을 도출하여 각 저항단의 절연상태를 판단할 수 있다.
여기서, 절연상태 판단 단계(S500)는 상기 플러스 저항단(20) 및 마이너스 저항단(30) 중 어느 하나의 저항단에 부하저항이 연결된 후 측정된 각 저항단의 전압값을 전달받아 각 저항단의 전압값의 비와 각 저항단의 절연저항을 비교하여 회로의 절연상태가 지속적으로 모니터링될 수 있다. 이때, 저항 제어 단계(S300)는 상기 각 저항단의 전압값의 비가 상기 플러스 저항단(20)의 절연저항보다 낮으면 상기 마이너스 저항단(30)에 연결된 부하저항을 분리한 후 상기 플러스 저항단(20)에 부하저항이 연결되고, 상기 각 저항단의 전압값의 비가 상기 마이너스 저항단(30)의 절연저항보다 낮으면 상기 플러스 저항단(20)에 연결된 부하저항을 분리한 후 상기 마이너스 저항단(30)에 부하저항이 연결될 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
100: 전압 측정부 300: 저항 제어부
500: 절연상태 판단부
10: 전원장치 11: 로드
12: 접지단
20: 플러스 저항단 30: 마이너스 저항단
40: 제1 부하저항 50: 제2 부하저항
60: 제3 부하저항 70: 제4 부하저항
80: 전류감지장치

Claims (13)

  1. 회로에 연결된 플러스 저항단 및 마이너스 저항단 각각의 전압을 측정하는 전압 측정부;
    상기 각 저항단의 측정된 전압값에 따라 상기 플러스 저항단 및 마이너스 저항단 중 어느 하나의 저항단에 부하저항을 연결 및 분리하는 저항 제어부; 및
    상기 부하저항의 연결 전과 연결 후의 각 저항단의 측정된 전압값 및 각 저항단의 저항값으로 상기 회로의 절연저항을 도출하여 각 저항단의 절연상태를 판단하는 절연상태 판단부를 포함하고,
    상기 저항 제어부는,
    상기 플러스 저항단의 측정된 전압값이 상기 마이너스 저항단의 측정된 전압값 이상이면 상기 마이너스 저항단에 부하저항이 연결되고, 상기 플러스 저항단의 측정된 전압값이 상기 마이너스 저항단의 측정된 전압값 미만이면 상기 플러스 저항단에 부하저항이 연결되고,
    각 저항단의 전압값의 비가 상기 플러스 저항단의 절연저항보다 낮으면 상기 마이너스 저항단에 연결된 부하저항을 분리한 후 상기 플러스 저항단에 부하저항을 연결하고, 상기 각 저항단의 전압값의 비가 상기 마이너스 저항단의 절연저항보다 낮으면 상기 플러스 저항단에 연결된 부하저항을 분리한 후 상기 마이너스 저항단에 부하저항을 연결하도록 구비되고,
    상기 절연상태 판단부는
    인체 접촉, 급격한 전압강하, 및 지락에 따른 절연파괴 상태를 판단하도록 구비되고,
    상기 플러스 저항단 및 상기 마이너스 저항단 중 어느 하나의 저항단에 부하저항이 연결된 후 측정된 각 저항단의 전압값을 전달받아 각 저항단의 전압값의 비와 각 저항단의 절연저항을 비교하여 회로의 절연상태를 지속적으로 모니터링하도록 구비되는 직류시스템에서 변형된 고임피던스 IT 계통 변환 기능을 갖는 절연 감시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플러스 저항단은 양전압이 인가되는 회로에 적어도 하나의 저항이 구비된 것을 특징으로 하는 직류시스템에서 변형된 고임피던스 IT 계통 변환 기능을 갖는 절연 감시 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마이너스 저항단은 음전압이 인가되는 회로에 적어도 하나의 저항이 구비된 것을 특징으로 하는 직류시스템에서 변형된 고임피던스 IT 계통 변환 기능을 갖는 절연 감시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플러스 저항단 및 마이너스 저항단 각각은 다수개의 저항이 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 직류시스템에서 변형된 고임피던스 IT 계통 변환 기능을 갖는 절연 감시 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 부하저항은 상기 플러스 저항단 및 마이너스 저항단 중 어느 하나의 저항단보다 저항값이 작은 것을 특징으로 하는 직류시스템에서 변형된 고임피던스 IT 계통 변환 기능을 갖는 절연 감시 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 전압 측정부가 회로에 연결된 플러스 저항단 및 마이너스 저항단 각각의 전압을 측정하는 전압 측정 단계;
    저항 제어부가 상기 각 저항단의 측정된 전압값에 따라 상기 플러스 저항단 및 마이너스 저항단 중 어느 하나의 저항단에 부하저항을 연결 및 분리하는 저항 제어 단계; 및
    절연상태 판단부가 상기 부하저항의 연결 전과 연결 후의 각 저항단의 측정된 전압값 및 각 저항단의 저항값으로 상기 회로의 절연저항을 도출하여 각 저항단의 절연상태를 판단하는 절연상태 판단 단계를 포함하되,
    상기 저항 제어단계는
    상기 플러스 저항단의 측정된 전압값이 상기 마이너스 저항단의 측정된 전압값 이상이면 상기 마이너스 저항단에 부하저항이 연결되고, 상기 플러스 저항단의 측정된 전압값이 상기 마이너스 저항단의 측정된 전압값 미만이면 상기 플러스 저항단에 부하저항이 연결되고,
    각 저항단의 전압값의 비가 상기 플러스 저항단의 절연저항보다 낮으면 상기 마이너스 저항단에 연결된 부하저항을 분리한 후 상기 플러스 저항단에 부하저항을 연결하고, 상기 각 저항단의 전압값의 비가 상기 마이너스 저항단의 절연저항보다 낮으면 상기 플러스 저항단에 연결된 부하저항을 분리한 후 상기 마이너스 저항단에 부하저항을 연결하도록 구비되고,
    상기 절연상태 판단단계는
    인체 접촉, 급격한 전압강하, 및 지락에 따른 절연파괴 상태를 판단하도록 구비되고,
    상기 플러스 저항단 및 상기 마이너스 저항단 중 어느 하나의 저항단에 부하저항이 연결된 후 측정된 각 저항단의 전압값을 전달받아 각 저항단의 전압값의 비와 각 저항단의 절연저항을 비교하여 회로의 절연상태를 지속적으로 모니터링하도록 구비되는 직류시스템에서 변형된 고임피던스 IT 계통 변환 기능을 갖는 절연 감시 장치의 절연 감시 방법.

  11. 삭제
  12. 삭제
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