WO2011021887A2 - 미분법을 이용한 비선형 소자 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 방법 및 그 장치 - Google Patents

미분법을 이용한 비선형 소자 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 방법 및 그 장치 Download PDF

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WO2011021887A2
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이재복
장석훈
박동욱
명성호
조연규
이병윤
김영진
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한국전기연구원
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    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
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    • H—ELECTRICITY
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    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/042—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage comprising means to limit the absorbed power or indicate damaged over-voltage protection device

Definitions

  • the present invention relates to the detection of resistive leakage current, and more particularly, to calculate the capacitive leakage current of an arrester by using the operating voltage and the total leakage current of a nonlinear element lightning arrester such as zinc oxide (ZnO: Metal Oxide Varistor).
  • the present invention relates to a method for detecting resistive leakage current of a non-linear element lightning arrester capable of accurately detecting only a resistive leakage current component and improving reliability of resistive leakage current detection, which is a measure of the degradation diagnosis of the arrester.
  • Lightning arresters which mainly use non-linear devices, are one of the important power devices that protect electrical transmission lines and transformers by absorbing electrical energy such as brain surges, switching surges, and transient overvoltages.
  • zinc oxide (ZnO) lightning arresters have excellent surge protection characteristics and are currently being applied to power systems rapidly, resulting in elimination of series gaps due to their excellent nonlinear resistance characteristics.
  • the structure is more compact, the manufacturing convenience and the response time to the transient voltage is very fast, there is no transient phenomenon, there is an advantage that almost no upstream flow.
  • micro leakage current flows because it is exposed to dedicated power supply as well as stress caused by brain surge and switching surge.
  • the arrester's deterioration diagnostic technology generally measures the arrester's operating temperature, the three harmonic frequency spectrum of the total leakage current, and the phase difference between the power supply voltage and the total leakage current.However, the method of diagnosing deterioration by measuring the total leakage current. The deterioration diagnosis of the lightning arrester in operation is widely used because of the easy measurement.
  • the constant micro-leakage current (total leakage current) flowing through the arrester is represented by the combination of the capacitive leakage current and the resistive leakage current.
  • the deterioration of the arrester mainly increases the resistive leakage current but hardly changes the capacitive leakage current. Due to long use, natural or artificial deterioration causes the resistive leakage current of the arrester element to increase, resulting in an increase in the amount of heat generated, and eventually thermally destroyed, thereby failing to sufficiently serve as a protective device and causing an accident.
  • resistive leakage current is an important measure for degradation diagnosis.
  • the simple method of diagnosing the arrester based on the leakage current is based on the effective value and maximum value of the leakage current and the maximum value of the third harmonic leakage current component instead of the increase in the resistive leakage current due to the deterioration progression. It does not provide enough information for diagnosis of degradation, including measurement methods and errors due to the installation environment. And direct measurement of resistive leakage current provides better quality information for degradation diagnosis, but it is difficult to measure resistive leakage current directly on site. In addition, if the power source includes harmonics, pulses, and noise, the existing degradation diagnosis method may cause a lot of errors.
  • An object according to an embodiment of the present invention which was devised to solve the above problems, measures the total leakage current and the operating voltage of an arrester which is a nonlinear element, and calculates the capacitive leakage current of the arrester and thereby deteriorates the arrester.
  • the method and apparatus for detecting a resistive leakage current of a nonlinear element lightning arrester using a differential method that can improve the measurement accuracy of the arrester's resistive leakage current by detecting a resistive leakage current, which is a measure, can be improved. To provide.
  • Another object according to an embodiment of the present invention by detecting the resistance leakage current by measuring only the operating voltage and the total leakage current of the arrester, it is possible to reliably determine the degree of degradation of the arrester connected to the live power line, A method for detecting resistive leakage current of a non-linear element lightning arrester using a differential method that can prevent the problem caused by the deterioration of the arrester because the degree of deterioration can be quickly determined. To provide.
  • a method for detecting a resistive leakage current of an arrester is a method for detecting a resistive leakage current of a nonlinear element arrester, and calculates a differential voltage obtained by differentiating an operating voltage input to the arrester in time. Doing; Detecting a capacitance of the arrester based on the total leakage current flowing through the arrester and the differential voltage; Calculating a capacitive leakage current of the arrester using the capacitance; And detecting a resistive leakage current of the arrester through the difference between the total leakage current and the capacitive leakage current.
  • the detecting of the capacitance comprises: calculating values obtained by dividing the total leakage current by the differential voltage; Extracting values of a predetermined time range from the time when the operation voltage is zero among the values; And detecting the capacitance by statistically processing the extracted values of the preset time range in a preset manner.
  • the detecting of the capacitance may calculate an intermediate value of the values of the predetermined time range, and detect the capacitance using the calculated intermediate value.
  • an apparatus for detecting a resistive leakage current of an lightning arrester includes: a device for detecting a resistive leakage current of a nonlinear device, including: a first calculator configured to calculate a differential voltage obtained by differentiating an operating voltage input to the arrester with time; A first detector configured to detect a capacitance of the arrester based on the total leakage current flowing through the arrester and the differential voltage; A second calculator configured to calculate a capacitive leakage current of the arrester using the capacitance; And a second detector configured to detect a resistive leakage current of the arrester based on a difference between the total leakage current and the capacitive leakage current.
  • the first detector may include a third calculator configured to calculate values obtained by dividing the total leakage current by the differential voltage; And extracting values of a predetermined time range at a time when the operation voltage is zero among the values, calculating an intermediate value of the extracted values of the predetermined time range, and using the calculated intermediate values. It may include a third detector for detecting the capacitance.
  • the apparatus may further include a measuring unit measuring the operating voltage and the total leakage current.
  • FIG. 1 illustrates a configuration of an apparatus for detecting a resistive leakage current of a nonlinear device arrester according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 illustrates a configuration of an embodiment of the first detector illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for detecting a resistive leakage current of a nonlinear device arrester according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an embodiment of operation S330 of FIG. 3.
  • Figure 5 shows an example of a waveform measuring the operating voltage input to the arrester.
  • Figure 6 shows an example of the waveform measured the total leakage current flowing through the arrester.
  • FIG. 1 illustrates a configuration of an apparatus for detecting a resistive leakage current of a nonlinear device arrester according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a resistive leakage current detecting apparatus of a nonlinear device lightning arrester includes a measuring unit 130, a first calculating unit 140, a first detecting unit 150, a second calculating unit 160, and a second detecting unit 170. ).
  • the measuring unit 130 measures the operating voltage Vx applied to the arrester 110, which is a nonlinear device for surge protection, and the total leakage current Ix flowing through the arrester 110.
  • the measurement unit 130 may measure the operating voltage (Vx) applied to the both ends of the arrester 110 through a transformer (not shown) or a voltage divider (not shown), the total leakage current (Ix) Can be measured using a current transformer 120.
  • the driving voltage measured through the measuring unit 130 may be measured to have the same magnitude as that of the voltage flowing through the line bus, but the attenuated voltage may be measured with a predetermined attenuation ratio.
  • the arrester is composed of a combination of the nonlinear resistance R and the capacitance C, and the total leakage current Ix is the nonlinear resistance R. It can be seen that it is the sum of the resistive leakage current I R flowing through and the capacitive leakage current I c flowing through the capacitance C.
  • Resistive leakage current detection device of a non-linear element lightning arrester is calculated using the total leakage current (Ix) and the operating voltage (Vx) measured by the measuring unit 130 of the total leakage current flowing through the arrester Through the process, to calculate the capacitive leakage current having a constant value regardless of the deterioration of the arrester, and to detect the resistive leakage current that can determine the degree of deterioration of the arrester, and to measure only the total leakage current and operating voltage In this case, the resistive leakage current of the arrester can be detected regardless of the place.
  • the arrester may be a nonlinear device including a zinc oxide (ZnO) device.
  • ZnO zinc oxide
  • the total leakage current and the operating voltage measured by the measuring unit 130 may store all the values in real time, but in consideration of the memory space provided in the device may store the sampled value at regular intervals, sampling period May vary depending on the situation.
  • the first calculator 140 receives the measured operating voltage Vx and calculates the derivative voltage dVx / dt differentiated by time.
  • the first calculator 140 calculates the differential voltage to detect the capacitance constituting the arrester.
  • the first detection unit 150 uses the differential voltage dVx / dt calculated by the first calculation unit 140 and the total leakage current Ix measured by the measurement unit 130. ), The capacitance can be detected using the values calculated by dividing the total leakage current by the differential voltage.
  • the first detector 150 may use various methods for detecting the capacitance from the calculated values.
  • the first detector 150 may use a median function that detects an intermediate value.
  • This first detection unit will be described with reference to FIG. 2.
  • FIG. 2 illustrates a configuration of an embodiment of the first detector illustrated in FIG. 1.
  • the first detector 150 includes a third calculator 210 and a third detector 220.
  • the third calculator 210 calculates k (t), which is a value obtained by dividing the total leakage current Ix by the differential voltage calculated by the first calculator 140.
  • the third calculator 210 calculates values for detecting capacitance using Ix / (dVx / dt) obtained by dividing the total leakage current by the differential voltage.
  • the third detector 220 detects a capacitance constituting the arrester by using the k (t) values calculated by the third calculator 210, wherein a value corresponding to the capacitance is calculated values. It can be obtained by extracting the values at the time when the magnitude of the heavy operation voltage Vx is 0 and statistically processing the extracted values by using the median function.
  • the time in the vicinity of the magnitude of the operating voltage (Vx) is 0 may vary depending on the waveform of the measured operating voltage, for example, frequency, this time range may be determined through simulation, measurement, etc. This may be determined by the vendor or developer providing the device of the present invention.
  • the resistive leakage current I R is also zero at the time when the operating voltage Vx is zero. Becomes Therefore, the total leakage current Ix at the time when the operating voltage is 0 becomes the capacitive leakage current Ic, and the value of k (t) at the time when the magnitude of the operating voltage Vx is 0 is changed to the capacitance ( Capacitance can be considered. However, since the value of k (t) at the time when the magnitude of the operating voltage Vx is 0 may not be obtained depending on the sampling time and hardware characteristics of the measuring device, the third detection unit 220 may operate.
  • the process of detecting the capacitance according to the operating voltage measured by the measuring unit 130 may be different from that of the third detecting unit 220.
  • the third detecting unit 220 may be applied to the actual voltage applied to the bus line by the measuring unit 130.
  • the third detector 220 may detect a value KA obtained by multiplying the intermediate value by the damping ratio as the capacitance of the arrester, and the bus may be measured by the measuring unit 130.
  • the third detector 220 may detect the intermediate value K as a capacitance.
  • the second calculator 160 calculates the detected capacitance and the differential voltage calculated by the first calculator 140. To calculate the capacitive leakage current (Ic) of the arrester.
  • the second calculation unit 160 when the intermediate value K for detecting the capacitance is detected by the first detection unit, the second calculation unit 160 has an intermediate value even when the measured operating voltage Vx is different from the voltage applied to the actual bus line.
  • the product of the value and the differential voltage can be used to calculate the capacitive leakage current.
  • the intermediate value K becomes the capacitance C to calculate the capacitive leakage current, and if the magnitude of the operating voltage Vx is measured, the damping ratio A
  • the capacitive leakage current Ic of the arrester can be calculated accurately regardless of the damping ratio measuring the operating voltage (Vx).
  • the resistive leakage current detecting apparatus of the nonlinear element lightning arrester measures the operating voltage and the total leakage current of the arrester, and accurately detects the capacitance constituting the arrester by using the measured value. Capacitive leakage current can be accurately measured, and through this, the resistive leakage current can be detected to minimize the error of the resistive leakage current, and therefore, deterioration of the arrester can be reliably determined.
  • the present invention includes a measuring means capable of measuring the total leakage current and the operating voltage, and can be manufactured in a small size because the measured value can be performed in software, thereby making it easy to carry and resistive at a desired place.
  • the leakage current and the degree of deterioration of the arrester using the same can be easily determined.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for detecting a resistive leakage current of a nonlinear device lightning arrester according to an exemplary embodiment of the present invention. A method of detecting a resistive leakage current will be described with reference to FIGS. 5 to 10.
  • the operating voltage of the arrester and the total leakage current flowing through the arrester are measured (S310).
  • the measured operating voltage may be the same as the voltage applied to the line bus to which the arrester is connected, but the attenuated voltage may be measured by a predetermined damping ratio.
  • FIG. 5 shows an example of a waveform measuring the operating voltage input to the arrester
  • Figure 6 shows an example of a waveform measuring the total leakage current flowing through the arrester
  • the operating voltage (Vx) is a transformer Or it can be measured through a voltage divider, etc.
  • the total leakage current (Ix) can be measured through a current transformer.
  • differential voltage dVx / dt is calculated as shown in FIG. 7 by differentiating the measured operating voltage Vx with time (S320). .
  • the capacitance of the arrester is detected using the total leakage current Ix and the differential voltage dVx / dt measured and calculated in steps S310 and S320 (S330).
  • k (t) Ix / (dVx / dt) values are calculated using the total leakage current Ix and the differential voltage dVx / dt, and the capacitance of the arrester can be detected from the calculated values. This will be described with reference to FIG. 4.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an embodiment of operation S330 of FIG. 3.
  • k (t) values calculated by step S410 k (t) values of a preset time range in which the operating voltage Vx is 0 (zero) are extracted, and the intermediate values of the extracted k (t) values are extracted.
  • a function that can be calculated for example, a median function
  • an intermediate value 810 K corresponding to the capacitance of the arrester is calculated (S420 and S430).
  • the capacity of the arrester is detected by using the calculated median value.
  • the capacity of the arrester may be the calculated median value.
  • the capacity of the arrester detected may be a value obtained by multiplying the intermediate value by the damping ratio (S440).
  • the capacitive leakage current Ic is calculated as shown in FIG. 9 by multiplying the detected capacitance by the differential voltage.
  • the capacitive leakage current Ic When the capacitive leakage current Ic is calculated, the degree of deterioration of the arrester is determined as shown in FIG. 10 through the difference Ix-Ic between the total leakage current Ix and the capacitive leakage current Ic.
  • the resistive leakage current I R can be detected (S350).
  • the measured operating voltage and the total leakage current of the arrester may be measured values in real time, and the measured and stored values. May be
  • the resistive leakage current detecting method of the nonlinear device lightning arrester measures the operating voltage and the total leakage current of the arrester, detects the capacitance of the arrester using the measured values, and detects the arrester.
  • the capacitive leakage current whose value does not change regardless of the deterioration of the arrester through the capacitance of, it is possible to accurately detect the resistive leakage current which is a measure of the degradation diagnosis of the arrester.
  • harmonic components are included in the operating voltage, pulses and noise are included to solve the problem that may occur in measuring the degradation diagnosis of the arrester, and the accuracy thereof is improved. Reliability can be increased by minimizing the error of the detected resistive leakage current, and thus, the degree of deterioration of the arrester can be accurately determined.
  • the resistive leakage current detecting method and apparatus thereof of the non-linear element lightning arrester according to the present invention can be modified and applied in various forms within the scope of the technical idea of the present invention and are not limited to the above embodiments.
  • the embodiments and drawings are merely for the purpose of describing the contents of the invention in detail, not intended to limit the scope of the technical idea of the invention, the present invention described above is common knowledge in the technical field to which the present invention belongs
  • those skilled in the art can have various substitutions, modifications, and changes without departing from the spirit of the present invention, it is not limited to the embodiments and the accompanying drawings. And should be judged to include equality.

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Abstract

미분법을 이용한 비선형 소자 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 방법 및 그 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 방법은 비선형 소자 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 방법에 있어서, 상기 피뢰기에 입력되는 운전전압을 시간으로 미분한 미분전압을 계산하는 단계; 상기 피뢰기를 통해 흐르는 전체 누설전류 및 상기 미분전압을 기초로 상기 피뢰기의 정전용량(capacitance)을 검출하는 단계; 상기 정전용량을 이용하여 상기 피뢰기의 용량성 누설전류를 계산하는 단계; 및 상기 전체 누설전류와 상기 용량성 누설전류 차이를 통해 상기 피뢰기의 저항성 누설전류를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

미분법을 이용한 비선형 소자 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 방법 및 그 장치
본 발명은 저항성 누설전류 검출에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산화아연(ZnO: Metal Oxide Varistor) 등 비선형 소자 피뢰기의 운전전압과 전체 누설전류를 이용하여 피뢰기의 용량성 누설전류를 계산하여 전체 누설전류에서 저항성 누설전류 성분만을 정확하게 검출하고, 이를 통해 피뢰기의 열화진단의 척도인 저항성 누설전류 검출에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 비선형 소자 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
비선형 소자를 주로 이용하는 피뢰기는 전력계통에 침입하는 뇌 서지, 개폐서지, 일시적 과전압 등의 전기적 에너지를 흡수하여 전송선로 및 발·변전기기를 보호하는 중요한 전력기기 중의 하나이다.
특히, 산화아연(ZnO) 피뢰기는 우수한 서지 보호특성을 가지고 있어 현재 급속도로 전력시스템에 적용되어지고 있으며, 우수한 비선형 저항특성 때문에 직렬갭의 제거를 가져왔다.
따라서 구조가 보다 컴팩트화되고, 제조상의 편리함과 더불어 과도전압에 대한 응답시간이 매우 빨라 과도현상이 없으며, 속류가 거의 흐르지 않는다는 장점을 가지고 있다. 반면에 뇌 서지 및 스위칭서지에 의한 스트레스뿐만 아니라 상시 전용 전원에 노출되어 있어 미소 누설전류가 흐른다.
이런 피뢰기의 열화 진단 기술에는 피뢰기의 동작온도, 전체 누설전류의 3고조파 주파수 스펙트럼, 전원전압과 전체 누설전류의 위상차 등을 측정하는 것이 일반적이나, 그 중에서도 전체 누설전류를 측정하여 열화를 진단하는 방법이 운전 중인 피뢰기의 열화진단에는 측정이 용이하다는 장점 때문에 광범위하게 사용되고 있다.
피뢰기에 흐르는 상시 미소 누설전류(전체 누설전류)는 용량성 누설전류와 저항성 누설전류의 합성으로 나타나며, 피뢰기의 열화에 의해 주로 저항성 누설전류는 증가하나 용량성 누설전류는 거의 변하지 않는다. 오랜 사용으로 자연적 또는 인위적 열화에 의해 피뢰기 소자의 저항성 누설전류가 증가하여 발열량이 증가하고, 결국에는 열파괴되어 보호장치로서의 역할을 충분히 발휘하지 못하고 사고를 유발시키게 된다.
따라서, 저항성 누설전류는 열화진단에 중요한 척도가 된다.
그러나, 누설전류를 기준으로 피뢰기를 간단하게 진단하는 방법은 열화진전에 따른 저항성 누설전류의 증가분을 대신해서 단순히 누설전류의 실효값과 최대값, 제 3고조파 누설전류 성분의 최대값에 의하여 판단하므로 측정방법과 설치환경에 따른 오차를 포함하여 열화진단에 필요한 정보를 충분히 제공하지 못하는 실정이다. 그리고 저항성 누설전류를 직접 측정하는 것이 열화진단에 보다 양질의 정보를 주지만 현장에 설치된 피뢰기는 저항성 누설전류만을 직접 측정하기 어렵다. 또한 전원에 고조파 성분이 포함되거나, 펄스 및 노이즈가 포함되게 되면 기존의 열화진단 방법은 많은 오차를 유발 할 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 본 발명의 실시예에 따른 목적은, 비선형 소자인 피뢰기의 전체 누설전류와 운전전압을 측정하고, 이를 통해 피뢰기의 용량성 누설전류를 계산하여 피뢰기의 열화진단 척도인 저항성 누설전류를 검출함으로써, 피뢰기의 저항성 누설전류에 대한 측정 정확도를 향상시켜 피뢰기의 열화 측정에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 미분법을 이용한 비선형 소자 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 피뢰기의 운전전압과 전체 누설전류만을 측정하여 저항성 누설전류를 검출함으로써, 활선 상태의 전력선에 연결된 피뢰기의 열화 정도를 신뢰성 있게 판단할 수 있고, 피뢰기의 열화 정도를 빠르게 판단할 수 있기에 피뢰기의 열화에 의해 발생될 수 있는 문제를 사전에 방지할 수 있는 미분법을 이용한 비선형 소자 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 한 측면에 따른 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 방법은 비선형 소자 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 방법에 있어서, 상기 피뢰기에 입력되는 운전전압을 시간으로 미분한 미분전압을 계산하는 단계; 상기 피뢰기를 통해 흐르는 전체 누설전류 및 상기 미분전압을 기초로 상기 피뢰기의 정전용량(capacitance)을 검출하는 단계; 상기 정전용량을 이용하여 상기 피뢰기의 용량성 누설전류를 계산하는 단계; 및 상기 전체 누설전류와 상기 용량성 누설전류 차이를 통해 상기 피뢰기의 저항성 누설전류를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 정전용량을 검출하는 단계는 상기 전체 누설전류를 상기 미분전압으로 나눈 값들을 계산하는 단계; 상기 값들 중 상기 운전전압이 0(zero)인 시간에서의 기 설정된 시간 범위의 값들을 추출하는 단계; 및 추출된 상기 기 설정된 시간 범위의 값들을 기 설정된 방식으로 통계처리하여 상기 정전용량을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 정전용량을 검출하는 단계는 상기 기 설정된 시간 범위의 값들의 중간값을 계산하고, 계산된 상기 중간값을 이용하여 상기 정전용량을 검출할 수 있다.
본 발명의 한 측면에 따른 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 장치는 비선형 소자 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 장치에 있어서, 상기 피뢰기에 입력되는 운전전압을 시간으로 미분한 미분전압을 계산하는 제1 계산부; 상기 피뢰기를 통해 흐르는 전체 누설전류 및 상기 미분전압을 기초로 상기 피뢰기의 정전용량(capacitance)을 검출하는 제1 검출부; 상기 정전용량을 이용하여 상기 피뢰기의 용량성 누설전류를 계산하는 제2 계산부; 및 상기 전체 누설전류와 상기 용량성 누설전류 차이를 통해 상기 피뢰기의 저항성 누설전류를 검출하는 제2 검출부를 포함할 수 있다.
상기 제1 검출부는 상기 전체 누설전류를 상기 미분전압으로 나눈 값들을 계산하는 제3 계산부; 및 상기 값들 중 상기 운전전압이 0(zero)인 시간에서의 기 설정된 시간 범위의 값들을 추출하고, 추출된 상기 기 설정된 시간 범위의 값들의 중간값을 계산하며, 계산된 상기 중간값을 이용하여 상기 정전용량을 검출하는 제3 검출부를 포함할 수 있다.
나아가, 상기 운전전압과 상기 전체 누설전류를 측정하는 측정부를 더 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 소자 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 검출부에 대한 일 실시예 구성을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 소자 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 4는 도 3에 도시된 단계 S330에 대한 일 실시예 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 5는 피뢰기에 입력되는 운전전압을 측정한 파형에 대한 일 예를 나타낸 것이다.
도 6은 피뢰기를 통해 흐르는 전체 누설전류를 측정한 파형에 대한 일 예를 나타낸 것이다.
도 7은 계산된 미분전압의 파형에 대한 일 예를 나타낸 것이다.
도 8은 계산된 k(t) 값들의 파형에 대한 일 예를 나타낸 것이다.
도 9는 계산된 용량성 누설전류의 파형에 대한 일 예를 나타낸 것이다.
도 10은 검출된 저항성 누설전류의 파형에 대한 일 예를 나타낸 것이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
130: 측정부
140: 제1 계산부
150: 제1 검출부
160: 제2 계산부
170: 제2 검출부
210: 제3 계산부
220: 제3 검출부
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 미분법을 이용한 비선형 소자 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 방법 및 그 장치를 첨부된 도 1 내지 도 10을 참조하여 상세히 설명한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 소자 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 비선형 소자 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 장치는 측정부(130), 제1 계산부(140), 제1 검출부(150), 제2 계산부(160) 및 제2 검출부(170)를 포함한다.
측정부(130)는 서지 보호용 비선형 소자인 피뢰기(110)에 인가되는 운전전압(Vx)과 피뢰기(110)에 흐르는 전체 누설전류(Ix)를 측정한다.
이때, 측정부(130)는 피뢰기(110)의 양단에 걸리는 운전전압(Vx)을 변성기(transformer)(미도시) 또는 분압기(미도시) 등을 통해 측정할 수 있고, 전체 누설전류(Ix)는 변류기(current transformer)(120)를 이용하여 측정할 수 있다.
여기서, 측정부(130)를 통해 측정되는 운전전압은 선로모선에 흐르는 전압과 그 크기가 동일하게 측정될 수도 있지만, 일정 감쇠비를 가지고 감쇠된 전압이 측정될 수도 있다.
도 1에 도시된 피뢰기(110)의 등가회로를 통해 알 수 있듯이, 피뢰기는 비선형 저항(R)과 정전용량(C)의 조합으로 구성되고, 전체 누설전류(Ix)는 비선형 저항(R)을 통해 흐르는 저항성 누설전류(IR)와 정전용량(C)을 통해 흐르는 용량성 누설전류(Ic)의 합인 것을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 소자 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 장치는 피뢰기를 통해 흐르는 전체 누설전류 중 측정부(130)에 의해 측정된 전체 누설전류(Ix)와 운전전압(Vx)을 이용한 계산 과정을 통해, 피뢰기의 열화와 관계없이 일정한 값을 갖는 용량성 누설전류를 계산하고, 이를 통해 피뢰기의 열화 정도를 판단할 수 있는 저항성 누설전류를 검출하고자 하는 것으로, 전체 누설전류와 운전전압만을 측정하면 되기 때문에 장소에 구애받지 않고, 피뢰기의 저항성 누설전류를 검출할 수 있다.
여기서, 피뢰기는 산화아연(ZnO) 소자를 포함하는 비선형 소자일 수 있다.
물론, 측정부(130)에 의해 측정된 전체 누설전류 및 운전전압은 모든 값을 실시간으로 저장할 수도 있지만, 장치에 구비된 메모리 공간을 고려하여 일정 시간을 주기로 샘플링된 값을 저장할 수 있으며, 샘플링 주기는 상황에 따라 달라질 수 있다.
제1 계산부(140)는 측정된 운전전압(Vx)을 수신하여 시간으로 미분한 미분전압(dVx/dt)을 계산한다.
즉, 제1 계산부(140)는 피뢰기를 구성하는 정전용량을 검출하기 위해, 미분전압을 계산한다.
제1 검출부(150)는 제1 계산부(140)에 의해 계산된 미분전압(dVx/dt)과 측정부(130)에 의해 측정된 전체 누설전류(Ix)를 이용하여 피뢰기의 정전용량(capacitance)을 검출하는데, 전체 누설전류를 미분전압으로 나누어 계산된 값들을 이용하여 정전용량을 검출할 수 있다.
여기서, 제1 검출부(150)는 계산된 값들에서 정전용량을 검출할 수 있는 다양한 방식을 사용할 수 있는데, 일 예로 중간값을 검출하는 median 함수를 사용할 수 있다.
이런 제1 검출부에 대해 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 검출부에 대한 일 실시예 구성을 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 제1 검출부(150)는 제3 계산부(210)와 제3 검출부(220)를 포함한다.
제3 계산부(210)는 전체 누설전류(Ix)를 제1 계산부(140)에 의해 계산된 미분전압으로 나눈 값인 k(t)를 계산한다.
즉, 제3 계산부(210)는 전체 누설전류를 미분전압으로 나눈, Ix/(dVx/dt)를 이용하여 정전용량을 검출하기 위한 값들을 계산한다.
제3 검출부(220)는 제3 계산부(210)에 의해 계산된 k(t) 값들을 이용하여 피뢰기를 구성하는 정전용량(capacitance)을 검출하는데, 이때 정전용량에 해당하는 값은 계산된 값들 중 운전전압(Vx)의 크기가 0인 부근의 시간에서의 값들을 추출하고, 추출된 값들을 중간값 함수를 이용하여 통계 처리함으로써, 얻어질 수 있다.
여기서, 운전전압(Vx)의 크기가 0인 부근의 시간은 측정되는 운전전압의 파형 예를 들어, 주파수에 따라 그 범위가 달라질 수 있는데, 이 시간 범위는 시뮬레이션, 측정 등을 통해 결정될 수 있으며, 이는 본 발명의 장치를 제공하는 업체 또는 개발자에 의해 결정될 수 있다.
이에 대해 상세히 설명하면, 피뢰기의 운전전압(Vx)과 저항성 누설전류(IR)는 동일한 위상을 가지고 있기 때문에 운전전압(Vx)이 0(zero)인 시간에서 저항성 누설전류(IR) 또한 0이 된다. 따라서, 운전전압이 0인 시점에서의 전체 누설전류(Ix)는 용량성 누설전류(Ic)가 되며, 운전전압(Vx)의 크기가 0인 시간에서의 k(t)의 값을 정전용량(Capacitance)로 간주 할 수 있다. 하지만, 측정기기의 샘플링 시간, 하드웨어 특성 등에 따라 운전전압(Vx)의 크기가 0인 시간에서의 k(t)의 값을 구할 수 없는 경우도 발생할 수 있기 때문에 제3 검출부(220)는 운전전압(Vx)의 크기가 0인 부근의 시간에서의 k(t)의 값을 수 십개 획득하여 중간값과 같은 통계처리 방법을 통해 중간값 K를 검출하는데, 검출된 중간값 K는 피뢰기의 정전용량(Capacitance)과 오차가 거의 없는 값을 갖는다.
나아가, 제3 검출부(220)는 측정부(130)에 의해 측정된 운전전압에 따라 정전용량을 검출하는 과정이 상이할 수 있는데, 예컨대, 측정부(130)에 의해 모선선로에 걸리는 실제 전압에 비해 일정 감쇠비(A)로 감쇠된 전압이 측정된 경우 제3 검출부(220)는 중간값에 감쇠비를 곱한 값(KA)을 피뢰기의 정전용량으로 검출할 수 있고, 측정부(130)에 의해 모선선로에 걸리는 실제 전압이 측정된 경우 제3 검출부(220)는 중간값(K)을 정전용량으로 검출할 수 있다.
다시 도 1을 참조하여, 제2 계산부(160)는 제1 검출부(150)에 의해 피뢰기의 정전용량이 검출되면, 검출된 정전용량과 제1 계산부(140)에 의해 계산된 미분전압을 이용하여 피뢰기의 용량성 누설전류(Ic)를 계산한다.
즉, 제2 계산부(160)는 Ic = C×(dVx/dt)를 이용하여 용량성 누설전류를 계산한다.
이때, 제2 계산부(160)는 제1 검출부에 의해 정전용량을 검출하기 위한 중간값(K)이 검출되는 경우, 측정되는 운전전압(Vx)이 실제 모선선로에 걸리는 전압과 상이하더라도, 중간값과 미분전압의 곱을 이용하여 용량성 누설전류를 계산할 수 있다.
즉, 운전전압(Vx)의 크기와 파형을 정확한 측정된 경우 중간값(K)은 정전용량인 C가 되어 용량성 누설전류를 계산할 수 있고, 만약 운전전압(Vx)의 크기 측정 시 감쇠비(A)에 의해 감쇠된 전압이 측정된 경우라도, 피뢰기의 용량성 누설전류를 구하기 위한 Ic = K×(dVx/dt)에서 서로 감쇠비(A)가 상쇄되기 때문에 운전전압(Vx)의 파형만 정확하게 알게 되면 피뢰기의 용량성 누설전류 Ic는 운전전압(Vx)을 측정하는 감쇠비에 상관없이 정확하게 계산할 수 있다.
제2 검출부(170)는 제2 계산부(160)에 의해 계산된 용량성 누설전류(Ic)와 전체 누설전류(Ix)를 이용하여 피뢰기의 열화진단 척도인 저항성 누설전류(IR=Ix-Ic)를 검출한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 소자 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 장치는 피뢰기의 운전전압과 전체 누설전류를 측정하고, 측정된 값을 이용하여 피뢰기를 구성하는 정전용량을 정확하게 검출함으로써, 용량성 누설전류를 정확하게 측정하고, 이를 통해 저항성 누설전류를 검출하여 저항성 누설전류의 오차를 최소화할 수 있으며, 따라서 피뢰기의 열화를 신뢰성 있게 판단할 수 있다.
나아가, 본 발명은 전체 누설전류와 운전전압을 측정할 수 있는 측정 수단을 구비하고, 측정된 값을 소프트웨어적으로 수행할 수 있기 때문에 소형으로 제작 가능하고, 이에 따라 휴대하기 편하여 원하는 장소에서 저항성 누설전류와 이를 이용한 피뢰기의 열화 정도를 손쉽게 판단할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 소자 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것으로, 저항성 누설전류 검출 방법에 대해 도 5 내지 도 10을 참조하여 설명한다.
도 3을 참조하면, 비선형 소자 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 방법은 피뢰기의 운전전압 및 피뢰기를 통해 흐르는 전체 누설전류를 측정한다(S310).
이때, 측정되는 운전전압은 피뢰기가 연결된 선로모선에 걸리는 전압과 그 크기가 동일할 수도 있지만, 일정 감쇠비에 의해 감쇠된 전압이 측정될 수도 있다.
도 5는 피뢰기에 입력되는 운전전압을 측정한 파형에 대한 일 예를 나타낸 것이고, 도 6은 피뢰기를 통해 흐르는 전체 누설전류를 측정한 파형에 대한 일 예를 나타낸 것으로, 운전전압(Vx)은 변성기 또는 분압기 등을 통해 측정할 수 있고, 전체 누설전류(Ix)는 변류기를 통해 측정할 수 있다.
운전전압(Vx)과 전체 누설전류(Ix)가 측정되면, 측정된 운전전압(Vx)을 시간에 대해 미분하여 도 7에 도시된 일 예와 같이, 미분전압 dVx/dt를 계산한다(S320).
미분전압이 계산되면, 단계 S310과 단계 S320에 의해 측정되고 계산된 전체 누설전류(Ix)와 미분전압(dVx/dt)을 이용하여 피뢰기의 정전용량(capacitance)을 검출한다(S330).
이때, 전체 누설전류(Ix)와 미분전압(dVx/dt)을 이용하여 k(t)=Ix/(dVx/dt) 값들을 계산하고, 그 계산된 값들 중에서 피뢰기의 정전용량을 검출할 수 있는데, 이에 대해 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 도 3에 도시된 단계 S330에 대한 일 실시예 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 정전용량을 검출하는 단계(S330)는 전체 누설전류(Ix)를 미분전압(dVx/dt)으로 나누어 도 8에 도시된 일 예와 같이, k(t)=Ix/(dVx/dt) 값들을 계산한다(S410).
도 8에 도시된 바와 같이, 계산된 k(t) 값들이 일정 주기로 반복되는 것을 알 수 있다.
단계 S410에 의해 계산된 k(t) 값들 중에서 운전전압(Vx)이 0(zero)인 부근의 기 설정된 시간 범위의 k(t) 값들을 추출하고, 추출된 k(t) 값들의 중간값을 계산할 수 있는 함수, 예를 들어, median 함수로 통계 처리함으로써, 피뢰기의 정전용량(capacitance)에 해당하는 중간값(810) K를 계산한다(S420, S430).
계산된 중간값을 이용하여 피뢰기의 용량을 검출하는데, 이때, 운전전압 측정 시 측정된 운전전압이 선로모선에 걸리는 전압과 그 크기가 동일한 경우 검출되는 피뢰기의 용량은 계산된 중간값이 될 수 있지만, 측정된 운전전압이 선로모선에 걸리는 전압에 대해 일정 감쇠비에 의해 감쇠된 전압인 경우 검출되는 피뢰기의 용량은 중간값에 감쇠비를 곱한 값이 될 수 있다(S440).
다시 도 3을 참조하면, 단계 S330에 의해 피뢰기의 정전용량이 검출되면, 검출된 정전용량과 미분전압을 곱하여 도 9에 도시된 일 예와 같이, 용량성 누설전류(Ic)를 계산한다.
용량성 누설전류(Ic)가 계산되면, 전체 누설전류(Ix)와 용량성 누설전류(Ic)의 차이(Ix-Ic)를 통해 도 10에 도시된 일 예와 같이, 피뢰기의 열화 정도를 판단할 수 있는, 저항성 누설전류(IR)를 검출한다(S350).
비록, 도 3에서 운전전압과 전체 누설전류를 측정하는 단계(S310)가 기술되어 있지만, 이 측정된 피뢰기의 운전전압과 전체 누설전류는 실시간으로 측정된 값이 될 수도 있고, 기 측정되어 저장된 값이 될 수도 있다
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 소자 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 방법은 피뢰기의 운전전압과 전체 누설전류를 측정하고, 측정된 값들을 이용하여 피뢰기의 정전용량을 검출하며, 검출된 피뢰기의 정전용량을 통해 피뢰기의 열화와 무관하게 그 값이 변하지 않는 용량성 누설전류를 계산함으로써, 피뢰기의 열화진단 척도인 저항성 누설전류를 정확하게 검출할 수 있다.
나아가, 저항성 누설전류를 검출하는 데 있어서, 운전전압에 고조파 성분이 포함되거나, 펄스 및 노이즈가 포함되어 피뢰기의 열화진단을 측정하는데 발생할 수 있는 오차에 대한 문제점을 해결하고, 그 정확도를 향상시킴으로써, 검출된 저항성 누설전류의 오차를 최소화하여 신뢰도를 높일 수 있으며, 따라서, 피뢰기의 열화 정도를 정확하게 판단할 수 있다.
본 발명에 의한, 비선형 소자 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 방법 및 그 장치는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시 예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적은 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 상기 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.

Claims (9)

  1. 비선형 소자 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 방법에 있어서,
    상기 피뢰기에 입력되는 운전전압을 시간으로 미분한 미분전압을 계산하는 단계;
    상기 피뢰기를 통해 흐르는 전체 누설전류 및 상기 미분전압을 기초로 상기 피뢰기의 정전용량(capacitance)을 검출하는 단계;
    상기 정전용량을 이용하여 상기 피뢰기의 용량성 누설전류를 계산하는 단계; 및
    상기 전체 누설전류와 상기 용량성 누설전류 차이를 통해 상기 피뢰기의 저항성 누설전류를 검출하는 단계
    를 포함하는 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정전용량을 검출하는 단계는
    상기 전체 누설전류를 상기 미분전압으로 나눈 값들을 계산하는 단계;
    상기 값들 중 상기 운전전압이 0(zero)인 시간에서의 기 설정된 시간 범위의 값들을 추출하는 단계; 및
    추출된 상기 기 설정된 시간 범위의 값들을 기 설정된 방식으로 통계처리하여 상기 정전용량을 검출하는 단계
    를 포함하는 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 정전용량을 검출하는 단계는
    상기 기 설정된 시간 범위의 값들의 중간값을 계산하고, 계산된 상기 중간값을 이용하여 상기 정전용량을 검출하는 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 용량성 누설전류를 계산하는 단계는
    상기 미분전압과 상기 중간값을 곱하여 상기 용량성 누설전류를 계산하는 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 비선형 소자는
    MOV(Metal Oxide Varistor) 소자 및 산화아연(ZnO) 소자를 포함하는 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 방법.
  6. 비선형 소자 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 장치에 있어서,
    상기 피뢰기에 입력되는 운전전압을 시간으로 미분한 미분전압을 계산하는 제1 계산부;
    상기 피뢰기를 통해 흐르는 전체 누설전류 및 상기 미분전압을 기초로 상기 피뢰기의 정전용량(capacitance)을 검출하는 제1 검출부;
    상기 정전용량을 이용하여 상기 피뢰기의 용량성 누설전류를 계산하는 제2 계산부; 및
    상기 전체 누설전류와 상기 용량성 누설전류 차이를 통해 상기 피뢰기의 저항성 누설전류를 검출하는 제2 검출부
    를 포함하는 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 검출부는
    상기 전체 누설전류를 상기 미분전압으로 나눈 값들을 계산하는 제3 계산부; 및
    상기 값들 중 상기 운전전압이 0(zero)인 시간에서의 기 설정된 시간 범위의 값들을 추출하고, 추출된 상기 기 설정된 시간 범위의 값들의 중간값을 계산하며, 계산된 상기 중간값을 이용하여 상기 정전용량을 검출하는 제3 검출부
    를 포함하는 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 계산부는
    상기 제1 계산부에 의해 계산된 상기 미분전압과 상기 제3 검출부에 의해 계산된 상기 중간값을 곱하여 상기 용량성 누설전류를 계산하는 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 장치.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 운전전압과 상기 전체 누설전류를 측정하는 측정부
    를 더 포함하는 피뢰기의 저항성 누설전류 검출 장치.
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