KR20180113402A

KR20180113402A - 절연 열화에 의한 삼상 누설전류 측정방법을 이용한 지능형 전력설비 고장 예지 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20180113402A
Application number: KR1020170044919A
Authority: KR
Inventors: 최상준; 유병오
Original assignee: (주)에디테크
Priority date: 2017-04-06
Filing date: 2017-04-06
Publication date: 2018-10-16
Anticipated expiration: 2037-04-06
Also published as: KR101916362B1

Abstract

실시간 연속으로 장기간에 걸쳐 누설전류의 변화 상태를 검출하고 분석하여 전력설비사고를 방지할 수 있는 절연 열화에 의한 삼상 누설전류 측정방법을 이용한 지능형 전력설비 고장 예지 시스템 및 방법에 관한 것으로, 삼상 전력 설비에서 저항성 누설전류를 측정하는 누설전류 검출기, 상기 누설전류 검출기에서 검출된 데이터를 분석하고, 삼상 전력 설비에서의 절연 열화의 진행을 예측하는 분석기, 상기 분석기와 통신가능하고 삼상 전력 설비에서의 상 정보를 종합관리하는 관리기를 포함하는 구성을 마련하여, 검출장치를 접지선에 직접 부착함으로 설치시간 및 공사비용을 절감할 수 있다.

Description

절연 열화에 의한 삼상 누설전류 측정방법을 이용한 지능형 전력설비 고장 예지 시스템 및 방법{Intelligent power facility failure prediction system and method using three-phase leakage current measurement method by insulation deterioration}

본 발명은 절연 열화에 의한 삼상 누설전류 측정방법을 이용한 지능형 전력설비 고장 예지 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 실시간 연속으로 장기간에 걸쳐 누설전류의 변화 상태를 검출하고 분석하여 전력설비사고를 방지할 수 있는 절연 열화에 의한 삼상 누설전류 측정방법을 이용한 지능형 전력설비 고장 예지 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 수력, 화력 또는 원자력 발전소 등으로부터 발전된 전력은 장거리 송전에 필요한 고압으로 승압하여 변전소로 보낸다. 이때 발전기에서 정해진 상을 가진 즉, P1, P2, P3(절대 상)의 위상차(각 상별 Sin 120°의 차이)를 가진 전력을 상(P1, P2, P3) 별로 구분하여 송전하고 변전소에서는 발전소로부터 송전된 전력을 배전에 필요한 전압으로 감압하여 발전기에서 구분된 상별로 배전한다.

이러한 전기는 사용 및 관리가 용이한 클린 에너지로 현대사회에서는 필수 에너지원이라 할 수 있다. 그러나 도심내의 화재발생원으로 많은 부분을 차지하는 것이 전기이며, 이러한 전기화재의 원인은 누설전류이다.

전기의 이용은 편리한 반면 적절한 관리나 사용을 잘못해서는 크나큰 위험에 처할 측면도 함께 지니고 있다. 전기화재나 감전사고, 정전 등의 중대한 사고를 일으킬 가능성도 적지 않다. 일반적으로 전선의 피복, 전기기기의 절연물이 노후화되거나 손상되어 절연체가 손상되면 그 개소를 통하여 전선로에서 대지로 누전전류가 흘러나가게 된다. 누전전류가 흘러나가는 개소에 인체가 접촉되면 감전사고의 위험이 있고, 과도한 누전전류가 흐르는 개소에는 아크에 의한 과열이 발생 되고 주위에 인화성 물질로 인하여 발화되어 누전화재의 원인이 되기도 하는 것이다.

또, 전기장치 및 전기설비에는 누설전류를 검출하여 누설전류에 따라 전류를 단속하는 차단기가 오래전부터 설치되어 사용되고 있다. 전기설비의 일반회로에서는 누설전류 30mA 이상이 되면 누전차단기를 통하여 일반 배선회로를 보호하게 규정되어 있고, 또한 동력회로에서는 누설전류 50mA 이상이 되면 누전차단기를 통하여 동력 배선회로를 보호하게 규정되어 있다.

누설전류는 저항성 누설전류(Igr)와 용량성 누설전류(Igc)가 전기적 벡터의 합계로 배선회로에 흐르게 되는 데, 실제로 화재로 이어지는 누설 전류는 저항성 누설전류(Igr)이다. 일반적인 차단회로들이 누설전류만으로 전기를 차단하고 있어서 정확한 누설전류 판단에 의한 전기 단속관리가 이루어지지 않는 경우가 많다.

용량성 누설전류(Igc)는 형광등, 컴퓨터, 냉장고, 세탁기의 기기에서 필연적으로 발생하게 되는데, 상기의 이유로 회로에 특별한 이상이 없는데도 불구하고 누전차단기가 빈번하게 꺼짐(off)으로 전환되는 일이 발생함으로써, 사용자는 누전차단기를 제거하거나 직결(bypass)하여 사용하다가 실제로 화재가 발생할 경우에 인명과 재산의 손실이 발생하게 된다.

또한, 전력을 수용가에게 공급하기 위한 전력설비는 전주, 전선, 변압기, 피뢰기 등과 전력사고예방과 고장 시 고장구간을 최소화하고 복구를 용이하기 위한 개폐기 등 수많은 종류의 설비가 설치되어 있다.

그리고 이러한 설비 대부분이 자연에 노출된 상태로 외부 환경영향을 그대로 받게 되어 시간이 경과 될수록 자연적 특성 열화(劣化)가 진행되며, 또한 낙뢰나 상용주파 과전압과 같은 물리적 영향에 의해 절연특성이 변화되는데 이것을 방치할 경우 단락(short)과 같은 대형사고로 파급되므로 전력공급자 측에서는 주기적으로 설비 이상 유무를 진단하고 보수하는 작업을 시행하고 있다. 특히 다중 이용시설 및 복합 사무공간 등에는 많은 수의 조명기구가 배열 설치되는 경우, 누설전류의 검측 및 발생위치 등의 누설전류예측관리가 쉽지 않다.

그러나 설비진단에 활용되는 장비와 방법에 있어 대부분 초음파(부분방전 검출) 또는 열화상(熱畵像) 장비를 이용하여 과열 개소를 추출하는 방법으로 설비마다 열화상 촬영을 통해 온도변화 상태를 분석하여 이상 유무를 판단하는 것으로서 분석하는 기준이 모호하고, 연속성이 아닌 단발성 측정결과이며 개인의 분석능력에 의해 정확도에 차이가 발생하는 등 비과학적인 방법이라고 볼 수 있다.

또한, 초음파나 열화상 장비의 가격이 수천만 원이 넘는 고가이고 측정 작업에 날씨와 환경에 영향을 많이 받아 진단시간과 비용에 대비하여 효율적인 측정방법이라고 할 수 없다.

상기와 같은 방법 외에도 설비에 접속된 접지선에 흐르는 누설전류의 크기를 검출하여 사고발생 가능 유무를 확인하는 방법이 있으나, 이 또한 측정 당시의 순시성 누설전류를 기준으로 분석함으로써 정확성에 기대치가 낮고, 또한 피뢰기 등에서의 열화 특성을 판별할 때 유효분의 누설전류(저항성 전류)와 함께 3고조파와 같은 성분도 중요 열화 판단 요인으로 작용하지만, 이러한 항목의 측정을 하기 위해서는 선로의 모선 전압 위상까지 각각으로 검출하여야 함으로 측정 작업에 소요되는 시간(위험성)과 비용이 문제되어 보편적 설비진단에는 활용되지 못하고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 기술의 일예가 하기 문헌 1 및 2 등에 개시되어 있다.

예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 (a) 전압을 입력받아 계기용 변압기(PT)를 통해 감압된 전압의 고조파 및 노이즈를 제거하는 단계, (b) 필터부의 출력을 입력받아 기본 주파수의 전압만 통과시켜 전압 위상을 검출하는 단계, (c) 영상변류기(ZCT)를 이용하여 전원선과 중성선의 외부에 설치하여 전류 차이를 측정하는 단계, (d) 누설전류 측정부의 출력을 입력받아 증폭회로로 증폭시키고, 기본 주파수의 전류만 통과시켜 전류 위상을 검출하는 단계, (e) 검출된 전압위상과 전류위상을 이용하여 위상각을 산출하고, 영상전류(Io)와의 위상각으로 저항성 누설전류(Igr)와 용량성 누설전류(Igc)를 측정하여 출력하는 단계 및 (f) 상기 제 (e) 단계의 출력을 외부 단말로 전달하는 단계를 포함하는 누설전류 분석방법에 대해 개시되어 있다.

또 하기 특허문헌 2에는 저항성 누설전류 파형과 용량성 누설전류 파형의 위상각 특성을 이용한 펄스파에 의한 누전검출모듈로서, 전선로에서 입력되는 전압 파형을 통해 펄스 파형을 생성하는 펄스생성기, 전선로에 설치된 영상변류기에서 누설전류가 흐르면서 발생되는 감지신호로 트리거되어 통전되는 반도체스위치 및 상기 반도체스위치가 트리거되면서 상기 펄스생성기에서 생성된 펄스 파형이 입력되고, 상기 펄스 파형의 전류크기와 상기 전선로에서 발생된 누설전류 파형의 전류크기를 비교하여 누설전류의 크기를 산정하면서 누전을 검출하는 누설전류 검출기를 포함하여 구성된 누전검출모듈에 대해 개시되어 있다.

또 하기 특허문헌 3에는 도 1에 도시된 바와 같이, 누설전류 영상분 신호를 검출하는 영상전류 센싱수단(1), 상기 영상전류 센싱수단으로부터 얻어진 신호를 증폭하는 신호증폭부(2), 상기 신호증폭부의 출력신호 중에 함유된 노이즈 성분를 제거하기 위한 웨이브 필터수단(3), 상전압 신호를 검출하는 상전압 검출부(4), 상기 상전압 검출부로부터 얻어진 상전압 신호 중에 함유된 노이즈 성분를 제거하기 위한 또 다른 웨이브 필터수단(5), 위상차 판별부(6), 정현파를 얻기 위한 PLL부(7,8), ADC(9,10,11,12,13) 및 CPU(14)를 포함하고, 상기 상전압 신호와 누설전류 영상분 신호를 기본주파수의 코사인파(cosωt)와 싸인파(sinωt)에 각각 곱한 결과인 4개의 연산 항을 일정 주기 동안 적분한 결과 값을 이용하여 누설전류 유효성분(Igr) 또는 위상차 각도를 연산하는 마이크로컨트롤러 회로(MCU), 디스플레이부(16)를 포함하는 누설전류 유효성분 측정 연산 회로에 대해 개시되어 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1358050호(2014.01.27 등록) 대한민국 공개특허공보 제2016-0147599호(2016.12.23 공개) 대한민국 등록특허공보 제10-1075484호(2011.10.14 등록)

그러나 상술한 바와 같은 특허문헌 1에 개시된 기술에서는 측정된 유효누설전류를 무선통신을 통해 외부에서 확인할 수 있도록 누설전류를 분석할 수 있는 구성이지만, 3상으로 이루어진 전력설비 장비에서 누설전류가 A, B, C상 중 어느 상에서 누설되는 것인지를 파악할 수 없다는 문제가 있었다.

또 상기 특허 문헌 2에 개시된 기술에서는 저항성 누설전류(Igr)와 용량성 누설전류(Igc)의 크기를 판단하여 누전여부를 검출하되, 전선에 흐르는 저항성 누설전류(Igr)의 크기는 그대로 검출하여 누전을 판단하나, 용량성누설전류(Igc)의 크기는 누설전류 설정기준으로 약 3배 정도의 큰 값을 나타낸 경우에만 누전으로 판단하므로, 측정 당시의 순시성 누설전류를 기준으로 분석함으로써 정확성이 결여된다는 문제점가 있었다.

또 상기 특허 문헌 3에 개시된 기술에서는 누설전류의 유효성분 Igr의 크기 및 위상차(差) 각도를 외부 표시장치에 디스플레이하여 사용자에게 보여줌으로써 접지된 상을 찾을 수 있고 피측정 전선로의 측정점을 변경해 가며 반복 측정한 데이터결과를 통해 접지된 상 및 접지점을 체크하지만, 이 특허 문헌 3에 개시된 기술에서도 전력설비 장비에서 누설전류가 A, B, C상 중 어느 상에서 누설되는 것인지를 파악할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 3상으로 이루어진 전력설비 장비에서 실시간 연속으로 장기간에 걸쳐 누설전류의 변화 상태를 검출하고 분석하여 A, B, C상 중 어느 상에서 누설되었는지를 정확하게 검출할 수 있는 절연 열화에 의한 삼상 누설전류 측정방법을 이용한 지능형 전력설비 고장 예지 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 다수의 설비(개폐기, 피뢰기, 애자 등)가 집합으로 설치된 장소에서 설비마다 접속된 공동 접지선에 흐르는 누설전류를 검출하여 설치시간 및 공사비용을 절감할 수 있는 절연 열화에 의한 삼상 누설전류 측정방법을 이용한 지능형 전력설비 고장 예지 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 장기간에 걸쳐 누설전류의 변화 상태를 검출하고 분석하여 3상으로 이루어진 전력설비 장비에서 다양한 정보를 예측할 수 있는 절연 열화에 의한 삼상 누설전류 측정방법을 이용한 지능형 전력설비 고장 예지 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 장기간에 걸쳐 누설전류의 변화 상태를 검출하고 분석하여 3상으로 이루어진 전력설비 장비에서 정확하게 누설 위치를 판단할 수 있는 절연 열화에 의한 삼상 누설전류 측정방법을 이용한 지능형 전력설비 고장 예지 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 지능형 전력설비 고장 예지 시스템은 누설전류의 변화 상태를 검출하고 분석하여 절연 열화에 의한 전력설비사고를 방지할 수 있는 지능형 전력설비 고장 예지 시스템으로서, 삼상 전력 설비에서 저항성 누설전류를 측정하는 누설전류 검출기, 상기 누설전류 검출기에서 검출된 데이터를 분석하고, 삼상 전력 설비에서의 절연 열화의 진행을 예측하는 분석기, 상기 분석기와 통신가능하고 삼상 전력 설비에서의 상 정보를 종합관리하는 관리기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 지능형 전력설비 고장 예지 시스템에서, 상기 누설전류 검출기는 삼상 전력 설비에서 삼상의 한상에서 검출된 전압과 위상이 동일한 누설전류와 동기시켜 각상의 누설전류만을 검출하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 지능형 전력설비 고장 예지 시스템에서, 상기 분석기는 상기 누설전류 검출기 및 관리기와 무선 통신을 위한 통신부, 상기 누설전류 검출기에서 검출된 저항성 누설 전류에 대해 일정 시간 누적된 누설 전류를 평균화하고, 평균값을 기준으로 미리 설정된 고장 예지 기준에 따라 절연 열화의 진행 상태를 예측하는 제어부, A, B, C상의 각각의 배전선로에서 절연 열화의 진행 상태를 표시하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 지능형 전력설비 고장 예지 시스템에서, 상기 누설전류 검출기는 삼상 전력 설비에서 삼상의 각상에서 검출된 검출 정보를 무선통신 방식으로 상기 분석기에 전송하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 지능형 전력설비 고장 예지 시스템에서, 상기 분석기와 관리기는 PLC 또는 WIFI 방식으로 통신하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 지능형 전력설비 고장 예지 시스템에서, 상기 누설 전류 검출기는 삼상 전력 설비에 설치된 변류기와 삼상 전력 설비의 2차 측 A, B, C 상중 하나 이상의 선로(절연 및 나선 포함) 위상검출기에 의해 누설 전류가 A, B, C 상 중 어느 상에서 누설된 것인지를 검출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 지능형 전력설비 고장 예지 방법은 삼상 누설전류의 변화 상태를 검출하고 분석하여 절연 열화에 의한 전력설비사고를 방지할 수 있는 전력설비 고장 예지 방법으로서, (a) 누설전류 검출기에서 삼상 전력 설비에서 공동 접지선을 이용하여 누설전류를 감지하는 단계, (b) 상기 단계 (a)에서 감지된 누설 전류에 따라 분석기에서 시간당 절연 열화의 진행 상태를 예측하는 단계, (c) 상기 단계 (b)에서의 예측에 따라 관리기에서 삼상 전력 설비의 A, B, C 상 중 어느 상에서 절연 열화가 발생할 것인가를 관리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 지능형 전력설비 고장 예지 방법에서, 상기 단계 (b)는 일정 시간 누적된 누설 전류를 평균화하고, 평균값을 기준으로 미리 설정된 고장 예지 기준에 따라 절연 열화의 진행 상태를 예측하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 지능형 전력설비 고장 예지 방법에서, 상기 단계 (a)는 삼상 전력 설비에 설치된 변류기와 삼상 전력 설비의 2차 측 A, B, C 상에 마련된 선로(절연 및 나선 포함) 위상검출기에 의해 누설 전류를 검출하고, 삼상 전력 설비에서 공동 접지선에 흐르는 누설 전류를 검출하여 A, B, C 상 중 어느 상에서 누설된 것인지를 검출하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 지능형 전력설비 고장 예지 방법에서, 상기 단계 (b)에서 예측된 절연 열화의 진행 상태 정보는 PLC 또는 WIFI 방식에 의해 관리기로 전송되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 절연 열화에 의한 삼상 누설전류 측정방법을 이용한 지능형 전력설비 고장 예지 시스템 및 방법에 의하면, 다수의 설비(개폐기, 피뢰기, 애자 등)가 집합으로 설치된 장소에서 설비마다 접속된 공동 접지선에 흐르는 누설전류를 검출하는 것에 의해 개별 설비마다 검출장치를 부착시키는 방법보다 경제적이며, 검출장치를 접지선에 직접 부착함으로 설치시간 및 공사비용을 절감할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또, 본 발명에 따른 절연 열화에 의한 삼상 누설전류 측정방법을 이용한 지능형 전력설비 고장 예지 시스템 및 방법에 의하면, 분석기에서 누설전류 검출기에 의해 검출된 데이터를 분석하고, 삼상 전력 설비에서의 절연 열화의 진행을 예측하는 구성을 마련하여, 일회성 측정이 아닌 실시간 연속으로 장기간에 걸쳐 누설전류의 변화 상태를 검출하고 분석하므로 전력설비 사고를 미리 방지할 수 있다는 효과도 얻어진다.

또한, 본 발명에 따른 절연 열화에 의한 삼상 누설전류 측정방법을 이용한 지능형 전력설비 고장 예지 시스템 및 방법에 의하면, 삼상 전력 설비에 설치된 변류기와 삼상 전력 설비의 2차 측 A, B, C 상 중 하나 이상 마련된 선로(절연 및 나선 포함) 위상검출기에 의해 누설 전류가 A, B, C 상 중 어느 상에서 누설된 것인지를 정확하게 검출할 수 있다는 효과도 얻어진다.

도 1은 종래의 누설 전류 유효 성분을 측정하기 위한 측정연산 장치의 블록 회로도,
도 2는 본 발명에 따른 절연 열화에 의한 삼상 누설전류 측정방법을 이용한 지능형 전력설비 고장 예지 시스템의 블록도,
도 3은 도 2에 도시된 누설전류 검출기에 의해 삼상 누설전류를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면,
도 4는 도 2에 도시된 분석기의 구성을 나타내는 블록도,
도 5는 본 발명에 따른 절연 열화에 의한 삼상 누설전류 측정방법을 이용한 지능형 전력설비 고장 예지과정을 설명하기 위한 공정도.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

먼저, 본 발명의 기본적인 개념에 대해 설명한다.

본 발명에 따른 절연 열화에 의한 삼상 누설전류 측정방법을 이용한 지능형 전력설비 고장 예지 시스템 및 방법에서는 설치시간 및 공사비용을 절감할 수 있도록, 다수의 설비(개폐기, 피뢰기, 애자 등)가 집합으로 설치된 장소에서 설비마다 접속된 공동 접지선에 흐르는 누설전류를 검출한다.

또, 수용가로 전력을 공급하기 위한 전력공급변압기(P.Tr)에 과부하로 인한 변압기 소손 및 폭발과 같은 사고를 방지하기 위해서도 P.Tr 2차 인하선에서 과부하전류를 검출하여 경보신호를 전달하도록 한다.

즉 본 발명에서는 모든 전력설비가 안정적인 전력수송을 위해 지지물과 설비의 절연능력을 최우선으로 고려하며, 이러한 전력설비에서의 절연 열화가 발생할 때 접지선을 통해 흐르는 누설전류 크기와 변화 상태를 정확히 검출하고 분석하여 사고예방을 달성한다. 이를 위해 최상의 진단기준을 마련하도록, 일회성 측정이 아닌 실시간 연속으로 장기간에 걸쳐 누설전류의 변화 상태를 검출하고 분석하여 전력설비 사고를 방지하도록 한다.

구체적으로, 본 발명은 전력설비 및 배전설비 사고발생 전에 열화 상태를 지능형으로 추적, 감시 분석하여 고장을 사전에 예방하기 위해 고압선로에서 발생하는 저항성(Igr)과 용량성(Igc) 누설전류와 주변 노이즈 등이 합해진 전류 중 절연체 파괴의 원인이 되는 저항성 누설전류(이하 '누설전류'라 한다.), 특히 삼상 누설전류 측정 방법을 이용하여 삼상 전선로의 접지로 흐르는 누설전류(Igr)만을 측정하고 판단하여 누설전류가 시간당 증가하는 속도에 따라 절연 열화의 진행을 예측하여 사고를 사전에 예방하기 위한 시스템을 마련하는 것이다.

또한, 본 발명에 적용되는 용어 '삼상 전력 설비'는 A, B, C 상을 구비한 통상의 삼상 변압기 또는 고전압 설비와 이 삼상 변압기 또는 고전압 설비에 연결된 1차 및 2차 전선(케이블)을 포함한다.

이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 절연 열화에 의한 삼상 누설전류 측정방법을 이용한 지능형 전력설비 고장 예지 시스템의 블록도이다.

본 발명에 따른 지능형 전력설비 고장 예지 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 누설전류의 변화 상태를 검출하고 분석하여 절연 열화에 의한 전력설비사고를 방지할 수 있는 지능형 전력설비 고장 예지 시스템으로서, 삼상 전력 설비에서 저항성 누설전류를 측정하는 누설전류 검출기(100), 상기 누설전류 검출기(100)에서 검출된 데이터를 분석하고, 삼상 전력 설비에서의 절연 열화의 진행을 예측하는 분석기(300) 및 상기 분석기(300)와 통신가능하고 삼상 전력 설비에서의 상 정보를 종합관리하는 관리기(500)를 포함한다.

상기 누설전류 검출기(100)의 구성 및 동작에 대해 도 3에 따라 설명한다.

도 3은 도 2에 도시된 누설전류 검출기에 의해 삼상 누설전류를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 3에서는 누설전류 검출기(100)가 A, B, C 상에 연결된 삼상 변압기 또는 고전압 설비, 삼상 변압기의 2차 전선 및 접지선으로 사용될 수 있는 중성선에 연결된 구조로 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니고, 변전소 등과 같이 통상적인 삼상 전력 설비가 적용되는 기술에 모두 적용 가능하다.

본 발명에 따른 누설전류 검출기(100)는 삼상 전력 설비에서 삼상의 한 상에서 검출된 전압과 위상이 동일한 누설전류와 동기시켜 각상의 누설전류만을 검출하여 A, B, C 상 중 어느 상에서 누설된 것인지를 검출한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 삼상 변압기의 접지선 상 중 하나인 배선(200a) 또는 고전압 설비의 접지선 상 중 하나인 배선(200b)에 설치되는 변류기로부터 누설전류를 검출하고, 그 누설전류가 A, B, C상 중 어느 상에서 누설되는 것인지는 삼상 변압기의 2차 측에 걸린 1개 이상의 선로 위상검출기로부터 파악되는 위상을 비교함으로써, 배선(200a) 또는 배선(200b)에 설치되는 변류기로부터 누설전류가 어느 상에서 누설된 것인지를 판별할 수 있다. 이와 같은 상 정보 검출에 대해서는 본 출원인이 출원하여 등록된 특허 등록번호 제10-0594778호 또는 특허 등록번호 제10-0730627호에 상세히 기술되어 있고, 이를 활용하여 용이하게 실현할 수 있다. 이와 같은 상 검출에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다.

상기 누설전류 검출기(100)에서는 삼상 변압기에서 인식하고 있는 임의 상(예를 들어, A상)의 파형에 대해 위상각이 90°인 시점에 펄스를 발생시키고, 이 펄스는 배전선로의 각각에 마련된 선로(절연 및 나선 포함) 위상검출기로부터 입력되는 파형인 A상, B상, C상의 위상을 갖는 파형과 대비되며, 임의의 파형(A, B, C상의 파형)들과 비교하면 어느 한 상의 파형의 90° 위상각을 갖는 점에 도착 되게 되고, 이와 일치되는 파형이 삼상 변압기에서의 파형으로서, 누설전류 검출기(100)는 배전선로의 각상과 삼상 변압기의 상을 파악할 수 있다.

또 누설전류 검출기(100)에서는 상술한 바와 같이 파악된 배전선로의 A, B, C상과 중성선(N)을 이용하여 각각의 배전선로에서의 누설전류를 검출한다. 예를 들어 삼상 4선식의 구조에서 A상과 B상 사이, B상과 C상 사이, C상과 A상 사이에서는 380V가 인가되고, A상과 N상 사이, B상과 N상 사이, C상과 N상 사이에서는 220V가 인가되는 경우, A상과 N상 사이, B상과 N상 사이, C상과 N상 사이의 전류를 검출하고, 검출된 전류값의 변동에 따라 A, B, C상의 각각의 배전선로에서의 전류를 검출한다.

상기 누설전류 검출기(100)에서 검출된 A, B, C상의 각각의 배전선로에서 검출된 전류 값의 변동에 대한 정보는 무선통신 방식으로 분석기(300)에 전송된다. 이와 같은 분석기(300)는 사용자가 휴대 가능한 모듈 형태로 마련될 수 있다.

도 4는 도 2에 도시된 분석기(300)의 구성을 나타내는 블록도 이다.

상기 분석기(300)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 누설전류 검출기(100)에서 검출된 저항성 누설 전류에 대해 일정 시간 누적된 누설 전류를 평균화하고, 평균값을 기준으로 미리 설정된 고장 예지 기준에 따라 절연 열화의 진행 상태를 예측하는 제어부(310), 상기 누설전류 검출기(100) 및 관리기(500)와 무선 통신을 위한 통신부(320), A, B, C상의 각각의 배전선로에서 절연 열화의 진행 상태를 표시하는 표시부(330)를 구비한다.

상기 제어부(310)는 연산 부재인 마이크로프로세서와 저장 부재인 메모리로 구성되며, 상기 메모리에는 삼상 전력 설비에서의 절연 열화에 따른 전력설비 사고의 발생 기준(고장 예지 기준)에 대한 정보가 저장되고, 누설전류 검출기(100)에서 일정 시간 간격, 예를 들어 분 단위로 측정된 A, B, C상의 각각의 배전선로에서의 누설 검출 값이 저장되며, 상기 마이크로프로세서는 상기 메모리에 저장된 누설 검출 값을 일정 시간 간격으로 누적된 누설 전류를 평균화하고, 평균값을 기준으로 미리 설정된 고장 예지 기준에 따라 절연 열화의 진행 상태를 예측한다. 또 상기 설명에서는 제어부가 메모리와 마이크로프로세서에 의해 실현되는 구조로 설명을 하였지만 이에 한정되는 것은 아니고 미리 설정된 프로그램에 의해 실현될 수 있다.

상기 통신부(320)는 통상의 송수신 기능을 갖는 송수신기에 의해 실현되며, 누설전류 검출기(100)와 통신부(320)와는 무선통신 방식으로, 통신부(320)와 관리기(500)와는 PLC 또는 WIFI 방식으로 통신을 실행한다.

상기 표시부(330)는 통상의 LCD 패널과 같은 디스플레이 부재에 의해 마련되며, 이 표시부에는 A, B, C상의 각각의 배전선로의 위치, A, B, C상의 각각의 배전선로의 각각의 절연 열화의 진행 상태를 표시하게 할 수 있다. 즉 제어부(310)에 의해 실현된 절연 열화의 진행 상태를 숫자 또는 도형과 같은 형태로 나타내어 사용자가 시각적을로 인식하게 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 분석기(300)는 지속적인 누설전류를 측정하여 데이터를 축적하고, 변화되는 누설전류의 크기의 변화 정도를 파악하여 누설되는 상태(실제 수변전설비에서 누설전류가 미세하게 흐르고 있는 경우가 대부분이기 때문에 누설전류가 발생하고 있다고 하여 심각한 상태가 아니고, 어느 정도 이상의 누설전류가 흐르게 될 때에 이상이 있다고 판단)가 심각한 것인지 여부를 판단할 수 있다.

상기 관리기(500)는 컴퓨터 등으로 이루어진 관리자 시스템으로서, 관리자의 위치(예를 들어 중앙 제어 본부)에 마련되며, PLC 또는 WIFI 방식으로 전송된 분석기(300)에서의 분석 결과 및 고장 예지 기준에 따라 사용자에게 A, B, C상의 각각의 배전선로의 교체 등을 지시하기 위해 마련된다. 또 상기 관리기(500)에는 분석기(300)에서의 분석 결과 및 고장 예지 기준에 따라 배전선로의 교체 등을 관리자에게 자동으로 통지하기 위해, 예를 들어 알람 등의 통지 수단이 마련될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 삼상 누설전류 측정방법을 이용한 지능형 전력설비 고장 예지 시스템에서는 분석기(300)에서 누설전류 검출기(100)에 의해 검출된 데이터를 분석하고, 삼상 전력 설비에서의 절연 열화의 진행을 예측하는 구성을 마련하여, 일회성 측정이 아닌 실시간 연속으로 장기간에 걸쳐 누설전류의 변화 상태를 검출하고 분석하므로 전력설비 사고를 미리 방지할 수 있게 된다.

다음에 본 발명에 따른 삼상 누설전류 측정방법을 이용한 지능형 전력설비 고장 예지 방법에 대해 도 5에 따라 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 절연 열화에 의한 삼상 누설전류 측정방법을 이용한 지능형 전력설비 고장 예지과정을 설명하기 위한 공정도이다.

본 발명에 따른 지능형 전력설비 고장 예지 방법은 삼상 누설전류의 변화 상태를 검출하고 분석하여 절연 열화에 의한 전력설비사고를 방지할 수 있는 전력설비 고장 예지 방법으로서, 누설전류 검출기에서 삼상 전력 설비에서 접지선을 이용하여 누설전류를 감지한다(S100).

이를 위해 다수의 설비(개폐기, 피뢰기, 애자 등)가 집합으로 설치된 장소에서 설비마다 접속된 공동 접지선을 마련하고, 삼상 변압기 또는 고전압 설비에 변류기를 설치하고, 삼상 변압기의 2차 측의 각상에 3개의 변류기를 장착한다. 이에 따라 누설전류 검출기(100)는 배전선로의 A, B, C상과 중성선(N)을 이용하여 각각의 배전선로에서의 누설전류를 검출한다. 이와 같은 검출은 실시간 연속으로 장기간에 걸쳐 실행된다.

상기 단계 S100에서 감지된 누설 전류에 따라 분석기(300)에서 시간당 절연 열화의 진행 상태를 예측한다(S110).

즉, 상기 단계 S100에서는 누설전류 검출기(100)에서 검출되어 통신부(320)을 통해 전송된 저항성 누설 전류 측정값에 대해 일정 시간 누적된 누설 전류를 평균화하고, 변화 상태를 검출하도록 평균값을 기준으로 미리 설정된 고장 예지 기준에 따라 절연 열화의 진행 상태를 예측한다.

상기 단계 S110에서의 예측에 따라 관리기(500)에서는 PLC 또는 WIFI 방식으로 전송된 분석기(300)에서의 분석 결과 및 고장 예지 기준에 따라 삼상 전력 설비의 A, B, C 상 중 어느 상에서 절연 열화가 발생할 것인가를 관리하고, 사용자에게 A, B, C상의 각각의 배전선로의 교체 등을 지시하게 한다(S120).

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명에 따른 절연 열화에 의한 삼상 누설전류 측정방법을 이용한 지능형 전력설비 고장 예지 시스템 및 방법을 사용하는 것에 의해 검출장치를 접지선에 직접 부착함으로 설치시간 및 공사비용을 절감할 수 있다.

100 : 누설전류 검출기
300 : 분석기
500 : 관리기

Claims

누설전류의 변화 상태를 검출하고 분석하여 절연 열화에 의한 전력설비사고를 방지할 수 있는 지능형 전력설비 고장 예지 시스템으로서,
삼상 전력 설비에서 저항성 누설전류를 측정하는 누설전류 검출기,
상기 누설전류 검출기에서 검출된 데이터를 분석하고, 삼상 전력 설비에서의 절연 열화의 진행을 예측하는 분석기,
상기 분석기와 통신가능하고 삼상 전력 설비에서의 상 정보를 종합관리하는 관리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 전력설비 고장 예지 시스템.
제1항에서,
상기 누설전류 검출기는 삼상 전력 설비에서 삼상의 한 상에서 검출된 전압과 위상이 동일한 누설전류를 동기시켜 접지선에서 각상의 누설전류만을 검출하는 것을 특징으로 하는 지능형 전력설비 고장 예지 시스템.
제1항에서,
상기 분석기는 상기 누설전류 검출기 및 관리기와 무선 통신을 위한 통신부, 상기 누설전류 검출기에서 검출된 저항성 누설 전류에 대해 일정 시간 누적된 누설 전류를 평균화하고, 평균값을 기준으로 미리 설정된 고장 예지 기준에 따라 절연 열화의 진행 상태를 예측하는 제어부, A, B, C상의 각각의 배전선로에서 절연 열화의 진행 상태를 표시하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 전력설비 고장 예지 시스템.
제1항에서,
상기 누설전류 검출기는 삼상 전력 설비에서 삼상의 각상에서 검출된 검출 정보를 무선통신 방식으로 상기 분석기에 전송하는 것을 특징으로 하는 지능형 전력설비 고장 예지 시스템.
제1항에서,
상기 분석기와 관리기는 PLC 또는 WIFI 방식으로 통신하는 것을 특징으로 하는 지능형 전력설비 고장 예지 시스템.
제1항에서,
상기 누설 전류 검출기는 삼상 전력 설비에 설치된 변류기와 삼상 전력 설비의 2차 측 A, B, C 상에 마련된 선로 위상검출기에 의해 누설 전류가 A, B, C 상 중 어느 상에서 누설된 것인지를 검출하는 것을 특징으로 하는 지능형 전력설비 고장 예지 시스템.
삼상 누설전류의 변화 상태를 검출하고 분석하여 절연 열화에 의한 전력설비사고를 방지할 수 있는 전력설비 고장 예지 방법으로서,
(a) 누설전류 검출기에서 삼상 전력 설비에서 공동 접지선을 이용하여 누설전류를 감지하는 단계,
(b) 상기 단계 (a)에서 감지된 누설 전류에 따라 분석기에서 시간당 절연 열화의 진행 상태를 예측하는 단계,
(c) 상기 단계 (b)에서의 예측에 따라 관리기에서 삼상 전력 설비의 A, B, C 상 중 어느 상에서 절연 열화가 발생할 것인가를 관리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 전력설비 고장 예지 방법.
제7항에서,
상기 단계 (b)는 일정 시간 누적된 누설 전류를 평균화하고, 평균값을 기준으로 미리 설정된 고장 예지 기준에 따라 절연 열화의 진행 상태를 예측하는 것을 특징으로 하는 지능형 전력설비 고장 예지 방법.
제7항에서,
상기 단계 (a)는 삼상 전력 설비에 설치된 변류기와 삼상 전력 설비의 2차 측 A, B, C 상에 마련된 선로 위상검출기에 의해 누설 전류를 검출하고, 삼상 전력 설비에서 공동 접지선에 흐르는 누설 전류를 검출하여 A, B, C 상 중 어느 상에서 누설된 것인지를 검출하는 것을 특징으로 하는 지능형 전력설비 고장 예지 방법.
제8항에서,
상기 단계 (b)에서 예측된 절연 열화의 진행 상태 정보는 PLC 또는 WIFI 방식에 의해 관리기로 전송되는 것을 특징으로 하는 지능형 전력설비 고장 예지 방법.