KR101157125B1

KR101157125B1 - 저항성 전류 검출 장치 및 검출 방법

Info

Publication number: KR101157125B1
Application number: KR1020110042238A
Authority: KR
Inventors: 김준오; 진상일; 이성주
Original assignee: 주식회사 유컴테크놀러지
Priority date: 2011-05-04
Filing date: 2011-05-04
Publication date: 2012-06-22
Anticipated expiration: 2031-05-04

Abstract

본 발명은 저항성 전류 검출 장치 및 검출 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기준 신호 발생기(30) 에서 전압 및 전류의 기준 신호를 입력하고, 기준 신호를 바탕으로 신호 측정 회로(100)에서 기준 신호 전압 및 전류의 위상 오차를 측정하며, 위상 오차 및 검출 전압, 전류를 이용하여 저항성 전류를 검출하여 누전 차단기 등의 전기 안전 장치에서 보다 정확하게 과전류 또는 누전 여부를 판단하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하는 경우, 누전 여부 및 과전류 여부를 판단하기 위해 필요한 저항성 전류의 크기를 보다 정확하게 검출할 수 있으므로, 누전 차단기 등 전기 안전 장치의 오작동을 방지할 수 있으며 전기 안전 장치의 오작동으로 인해 산업 시설의 가동을 중단해야 하는 상황을 막을 수 있고, 이로써 산업 시설을 비롯해 전기 안전 장치가 구비되어 있는 시설 등을 보다 경제적이고 안전하게 운영할 수 있다.

Description

저항성 전류 검출 장치 및 검출 방법{Device for Detecting Resistive Current and Method Thereof}

본 발명은 저항성 전류 검출 장치 및 검출 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기준 신호 발생기(30) 에서 전압 및 전류의 기준 신호를 입력하고, 기준 신호를 바탕으로 신호 측정 회로(100)에서 기준 신호 전압 및 전류의 위상 오차를 측정하며, 위상 오차 및 검출 전압, 전류를 이용하여 저항성 전류를 검출하여 누전 차단기 등의 전기 안전 장치에서 보다 정확하게 과전류 또는 누전 여부를 판단하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

현재 많은 전기 기기들에 사용되는 상용화된 전원은 교류 신호이다. 우리나라의 경우 60Hz의 교류 전류를 사용하는데 교류 전류는 위상에 따라 저항성 전류와 용량성 전류로 구성된다(도 1). 일반적으로 누설전류를 측정하는 데에는 누설전류검출기(ZCT, Zero Current Transformer)를 사용하는데 누설전류검출기를 사용하면 대지절연저항을 통하여 대지로 흐르는 저항성 전류와 선로의 정전용량으로 인하여 대지로 흐르는 용량성 전류가 합쳐진 합성전류의 형태로 측정된다. 이 중 저항성 전류가 과전류, 누전 등 전기 안전 사고를 유발하는 원인이다. 그러나 기존의 누전 차단기 등 전기 안전 장치는 저항성 전류와 용량성 전류를 구분하지 않고 합성 전류의 크기를 기준으로 누설, 전류 과잉 여부를 판단하기 때문에 전기 안전에 영향을 미치지 않는 용량성 전류는 많이 흐르나 저항성 전류는 적게 흐르는 경우에도 위험한 수준으로 오판하는 경우가 자주 발생한다. 특히, 산업시설에서 사용하는 누전차단기의 경우, 누전 차단 시 산업시설의 가동 중단 후 안전 확인을 하여 재가동해야 하기 때문에 누전여부를 오판하는 경우 감수하여야 하는 비용이 굉장히 크다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여 종래에는 전원전압의 반 주기 동안 전류를 적분하여 저항성 전류를 검출하는 방법을 사용하였다. 도 2를 참고하면, 전압 측정 회로(110) 및 전류 측정 회로(120)에서 피측정 선로(10)의 전압 및 전류를 측정하고 이를 A/D변환기를 거쳐 적분 회로로 입력하여 전류를 전압의 반 주기 동안 적분하는 경우 저항성 전류가 연산 가능하다. 그러나 이 경우, 전원 전압과 전류를 측정하는 회로의 소자 특성으로 인하여 신호가 지연되고 이로 인해 측정 전압 및 전류에 위상 오차가 발생한다. 위상 오차 때문에 전류를 전압의 반 주기 동안 적분하는 연산에 있어서 적분구간이 달라지게 되고, 이는 저항성 전류의 연산 결과에 큰 오차를 초래하여 누전 및 과전류 여부 판단의 정확성이 떨어지게 된다.

따라서 본 발명은 누전 및 과전류 여부를 정확하게 판단하기 위한 저항성 전류를 검출하는 데에 있어서, 전압 및 전류 측정 회로(110, 120)를 포함한 신호 측정 회로(100)의 소자 특성에 의해 발생하는 위상 지연을 미리 측정하여, 위상 지연 때문에 발생하는 저항성 전류 검출의 오차를 방지하는 것을 목적으로 한다. 또한 위상 오차를 반영하여 저항성 전류 검출 연산의 적분 구간을 조절함으로써 보다 정확하게 저항성 전류를 검출하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 해결하기 위한 저항성 전류를 검출하기 위한 장치는 위상 오차 측정을 위한 기준 신호를 스위치(20)에 입력하는 기준 신호 발생기(30), 상기 기준 신호 발생기(30)의 기준 신호 또는 피측정 선로로부터 검출한 전압 및 전류를 신호 측정 회로(100)에 선택적으로 입력하는 스위치(20) 및 상기 스위치(20)로부터 입력된 기준 신호를 이용하여 위상 오차를 측정하고, 상기 위상 오차 및 상기 검출 전압 및 전류를 이용하여 저항성 전류를 검출하는 신호 측정 회로(100)를 포함한다.

상기 신호 측정 회로(100)는 스위치(20)를 통해 입력되는 전압을 측정하는 전압 측정 회로(110), 스위치(20)를 통해 입력되는 전류를 측정하는 전류 측정 회로(120), 상기 전압 측정 회로(110) 및 전류 측정 회로(120)에서 측정한 전압 및 전류를 디지털 신호로 변환하는 A/D(Analog to Digital) 변환기 및 A/D 변환기(130)에서 디지털 신호로 변환된 전압 및 전류를 이용하여 저항성 전류를 검출하는 디지털 로직 회로(200)를 포함하며, 상기 기준 신호 발생기(30)는 D/A(Digital to Analog) 변환기를 포함하고 상기 디지털 로직 회로(200)에서 발생된 전압 및 전류를 D/A 변환하여 기준 신호로 입력하는 것을 포함한다.

한편 저항성 전류 검출기는 피측정 선로에 연결되어 피측정 선로에서 측정된 전압 및 전류를 변환하여 기준 신호로 입력시키는 기준 신호 발생 부하(400)를 더 포함하며, 기준 신호 입력 시 상기 기준 신호 발생기(30)와 상기 기준 신호 발생 부하(400)를 선택적으로 이용하는 것을 포함한다.

또한 피측정 선로(10)와 스위치(20) 사이에 전압 크기 조정 회로(300) 및 전류 크기 조정 회로(310)를 더 포함하고, 스위치(20)와 상기 A/D 변환기(130) 사이에 누전 측정 회로(140)를 더 포함하며 피측정 선로(10)와 상기 스위치(20) 사이에 누전 크기 조정 회로(320)를 더 포함한다.

본 발명의 저항성 전류 검출기 내에 구비된 디지털 로직 회로(200)는 스위치(20), 기준 신호 발생기(30) 및 기준 신호 발생 부하(400)를 제어하는 MCU (Micro Control Unit) (210), 상기 기준 신호의 위상 오차를 측정하는 위상 오차 측정부(220) 및 상기 위상 오차 측정부(220)에서 측정한 위상 오차를 반영하고, A/D 변환기(130)에서 디지털 신호로 변환된 전류를 이용하여 저항성 전류를 연산하는 연산부(230)를 포함하며 연산부(230)는 상기 위상 오차의 크기만큼 적분구간의 하한을 이동시키고 A/D 변환기(130)에서 디지털 신호로 변환된 검출 전류를 검출 전압 또는 검출 전류의 반 주기 동안 적분하여 저항성 전류를 연산하는 것을 특징으로 한다.

또한 디지털 로직 회로(200)는, 상기 기준 신호 발생기(30)로 동위상의 전압 및 전류를 입력하는 기준 신호 발생부(240)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 저항성 전류 검출 방법은 (a) 기준 신호 발생기(30)로부터 전압 및 전류의 기준 신호를 입력받는 단계, (b) 상기 기준 신호가 신호 측정 회로(100)를 통과할 때 발생하는 위상 오차를 측정하는 단계, (c) 피측정 선로(10)로부터 검출한 전압 및 전류를 입력받는 단계, (d) 상기 위상 오차, 상기 검출 전압 및 전류를 이용하여 저항성 전류를 검출하는 단계를 포함하며 (d) 단계는 (d-1) 상기 위상 오차를 상기 위상 오차의 크기만큼 적분 구간의 하한을 이동시키는 단계 (d-2) 상기 검출 전류를 상기 검출 전압 또는 검출 전류의 반 주기 동안 적분하여 저항성 전류를 연산하는 단계를 포함한다.

다른 실시 예의 저항성 전류 검출 방법은 (a) 기준 신호 발생 부하(400)로부터 전압 및 전류의 기준 신호를 입력받는 단계, (b) 상기 기준 신호가 피측정 선로(10)에서 스위치(20)로 입력되는 때 및 신호 측정 회로(100)를 통과할 때 발생하는 위상 오차를 측정하는 단계, (c) 피측정 선로(10)로부터 검출한 전압 및 전류를 입력받는 단계, (d) 상기 위상 오차, 상기 검출 전압 및 전류를 이용하여 저항성 전류를 검출하는 단계를 포함하며 상기 (d) 단계는 (d-1) 상기 위상 오차를 상기 위상 오차의 크기만큼 적분 구간의 하한을 이동시키는 단계, (d-2) 상기 검출 전류를 상기 검출 전압 또는 검출 전류의 반 주기 동안 적분하여 저항성 전류를 연산하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하는 경우, 누전 여부 및 과전류 여부를 판단하기 위해 필요한 저항성 전류의 크기를 보다 정확하게 검출할 수 있으므로, 누전 차단기 등 전기 안전 장치의 오작동을 방지할 수 있다.

또한, 전기 안전 장치의 오작동으로 인해 산업 시설의 가동을 중단해야 하는 상황을 막을 수 있고, 이로써 산업 시설을 비롯해 전기 안전 장치가 구비되어 있는 시설 등을 보다 경제적이고 안전하게 운영할 수 있다.

도 1은 교류전류와 저항성 전류, 용량성 전류 및 전압의 크기 및 위상에 대한 관계를 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 저항성 전류를 검출하기 위한 장치의 회로도이다.
도 3 및 도 5는 본 발명의 저항성 전류 검출기의 일 실시예를 나타낸 회로도이다.
도 4 및 도 6은 본 발명의 저항성 전류 검출기 내의 디지털 로직 회로(200)의 일 실시예를 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 저항성 전류 검출기 및 저항성 전류 검출 방법에 대하여 살펴본다.

도 3은 본 발명의 저항성 전류 검출기의 일 실시예를 나타낸 도면이다. 저항성 전류 검출기는 기준 신호 발생기(30), 스위치(20) 및 신호 측정 회로(100)로 구성된다.

기준 신호 발생기(30)는 위상 오차를 측정하기 위한 기준 신호를 스위치(20)를 통하여 신호 측정 회로(100)에 입력하기 위한 구성이다. 기준 신호 발생기(30)에서 동일한 위상을 가지는 전압 및 전류를 발생시켜, 각각의 전압 및 전류가 신호 측정 회로(100)를 통과한 이 후 전압과 전류 사이에 발생하는 위상 오차를 측정하는 경우 이를 반영하여 저항성 전류를 검출할 수 있게 된다. 즉 신호 측정 회로(100)에 의해 발생하는 위상 오차를 미리 측정하기 위한 구성이다.

기준 신호 발생기(30)는 자체적으로 아날로그 전압 및 전류를 발생시키는 장치에 의할 수 있으며, 본 발명의 디지털 로직 회로(200)를 이용하여 기준 신호를 발생시킬 수도 있다. 본 발명의 디지털 로직 회로(200)를 이용하는 경우, 기준 신호 발생기(30)는 D/A(Digital to Analog) 변환기를 포함하여 구성되며 디지털 로직 회로(200) 내의 기준 신호 발생부(240)에서 발생시킨 디지털 전압 및 전류를 아날로그 신호로 변환하여 위상 오차를 판단하는 데에 사용할 수 있도록 한다.

스위치(20)는 기준 신호 발생기(30)에서 입력되는 기준 전압 및 전류와 피측정 선로(10)로부터 검출되는 전압 및 전류를 구분하여 선택적으로 신호 측정 회로(100)에 입력시키기 위한 구성이다. 기준 신호 발생기(30)로부터 입력되는 전압 및 전류는 위상 오차를 판단하기에 적합한 정도인 소정의 주기만큼만 입력하면 되므로, 먼저 신호 측정 회로(100)로 소정의 주기 동안 기준 신호 발생기(30)의 기준 신호를 입력하고 이 후에는 디지털 로직 회로(200) 내의 MCU(Micro Control Unit)(210)의 제어를 받아 피측정 선로(10)로부터 검출되는 전압 및 전류를 신호 측정 회로(100)에 입력시킨다.

신호 측정 회로(100)는 스위치(20)로부터 입력된 기준 신호를 이용하여 위상 오차를 측정하고, 위상 오차를 측정한 이후에는 피측정 선로(10)로부터 스위치(20)를 통해 입력되는 검출 전압 및 검출 전류를 이용하여 저항성 전류를 검출하기 위한 구성이다.

신호 측정 회로(100)는 스위치(20)를 통해 입력되는 전압을 측정하는 전압 측정 회로(110), 전류를 측정하는 전류 측정 회로(120), 상기 전압 측정 회로(110) 및 전류 측정 회로(120)에서 측정한 전압 및 전류를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기(130) 및 A/D 변환기(130)에서 디지털 신호로 변환된 전압 및 전류를 이용하여 저항성 전류를 검출하는 디지털 로직 회로(200)를 포함하여 구성되며 상기 전압 측정 회로(110) 및 전류 측정 회로(120), A/D 변환기(130)는 공지된 장치를 이용한다.

디지털 로직 회로(200)는 MCU(210), 위상 오차 측정부(220), 연산부(230)를 포함하며 이는 도 4에 도시되어 있다.

MCU(210)는 스위치(20)를 제어하여 소정의 주기 동안에는 기준 신호 발생기(30)로부터 입력되는 기준 신호를 신호 측정 회로(100)로 입력하고, 그 이후에는 피측정 선로(10)로부터 입력되는 검출 전압 및 전류가 신호 측정 회로(100)에 입력되도록 한다.

위상 오차 측정부(220)는 기준 신호 발생기(30)로부터 입력되는 기준 신호를 이용하여 위상 오차를 측정하는 구성으로써, 전압 측정 회로(110)를 거쳐 입력되는 기준신호의 전압과 전류 측정 회로(120)를 거쳐 입력되는 기준신호의 전류의 위상의 변화량을 각각 측정하여 전압과 전류의 위상 변화량의 차이를 측정할 수도 있고, 전압과 전류의 상대적인 위상 차이만을 측정할 수도 있다. 기준 신호의 전압 부호가 바뀌는 영교차점을 기준으로 전원 전류가 몇 초 내지는 몇 샘플 주기 후에 0이 되는 지를 측정하고, 이를 소정의 주기 동안 반복하여 측정 결과를 연산부(230)로 보낸다.

연산부(230)는 위상 오차 측정부(220)에서 소정의 주기 동안 측정한 위상 오차 측정 결과의 평균 값을 연산하고, A/D 변환기(130)를 거쳐 입력되는 디지털 신호로 변환된 검출 전압 및 검출 전류를 이용하여 저항성 전류를 연산한다.

저항성 전류는 상기 검출 전류를 검출 전압 또는 검출 전류의 반 주기 동안 적분하여 연산한다. 적분 시 적분 구간의 하한 및 상한은, 위상 오차의 크기를 반영하여, 위상 오차가 양(+)인 경우는 적분 구간의 크기는 유지한 채 위상 오차 크기만큼 하한 및 상한을 양(+)의 방향으로 이동시키며 위상 오차가 음(-)인 경우는 적분 구간의 크기는 유지한 채 위상 오차 크기만큼 하한 및 상한을 음(-)의 방향으로 이동시킨다. 전압의 위상을 기준으로 하고 전압과 전류 사이에 발생한 위상 오차를 반영하여 저항성 전류를 연산하는 것은 하기 [수학식 1]과 같다.

[수학식 1]

Igr은 저항성 전류이고 i(wt+θ)는 검출 전류이다.

한편, 기준 신호 발생기(30)는 자체적으로 전압 및 전류를 발생시켜 스위치(20)로 입력시킬 수도 있고 디지털 로직 회로(200)로부터 동위상의 전압 및 전류를 받아 스위치(20)로 입력 시킬 수도 있다. 디지털 로직 회로(200)로부터 전압 및 전류를 입력 받아 스위치(20)로 기준신호를 입력 시키는 경우, 디지털 로직 회로(200)는 기준 신호 발생기(30)로 동위상의 전압 및 전류를 입력하는 기준 신호 발생부(240)를 더 포함한다. 또한, 기준 신호 발생기(30)는 D/A 변환기를 포함하여 디지털 로직 회로(200)에서 발생된 전압 및 전류를 아날로그 신호로 변환하여 스위치(20)에 입력한다. 이때 기준 신호 발생부(240)는 MCU(210)에 의해 제어되며, 소정의 주기 동안 기준 신호를 기준 신호 발생기(30)로 입력하고 소정의 주기가 지난 이후에 검출 전압 및 전류가 신호 측정 회로(100)로 입력되는 경우 기준 신호 발생부(240)에서의 기준 신호의 발생을 중단한다.

도 5는 본 발명의 저항성 전류 검출기의 일 실시예를 나타낸 도면이다. 본 발명의 저항성 전류 검출기는 상술한 도 3의 저항성 전류 검출기에 전압 크기 조정 회로(300), 전류 크기 조정 회로(310), 누전 크기 조정 회로(320) 및 기준 신호 발생 부하(400)를 부가하고, 신호 측정 회로(100) 내부에 누전 측정 회로(140)를 부가한 것이다.

도 5의 저항성 전류 검출기의 스위치(20), 전압 측정 회로(110), 전류 측정 회로(120), A/D 변환기(130)는 도 3의 저항성 전류 검출기의 구성과 동일하므로 상술한 내용으로 대신한다.

본 실시예의 기준 신호 발생 부하(400)는 피측정 선로(10)에 연결되어 피측정 선로(10)로부터 측정된 전압 및 전류를 변환하여 스위치(20)에 기준 신호로 입력시킨다. 저항성 전류 검출 시 전압과 전류의 위상 오차는 전압 측정 회로(110) 및 전류 측정 회로(120)를 포함한 신호 측정 회로(100)를 거칠 때뿐만 아니라 피측정 선로(10)에서 검출 전압 및 전류를 스위치(20)로 입력시키는 단계에서도 신호 지연에 의한 위상 오차가 발생한다. 본 발명은 피측정 선로(10)로부터 신호 측정 회로(100)로 검출 전압 및 전류를 입력시킬 때 발생하는 위상 오차까지도 보상하여 보다 정확하게 저항성 전류를 검출한다.

기준 신호 발생 부하(400)는 저항 내지는 저항성 소자로 구성된다. 전원으로부터 발생된 피측정 선로(10)의 전압 및 전류를 기준 신호로 입력하기 위해서는 전압 및 전류가 동위상이어야 하므로, 저항을 연결하여 위상을 변화시키지 않은 상태에서 전압 및 전류의 기준 신호로 입력한다. 기준 신호 발생 부하(400)는 디지털 로직 회로(200) 내의 MCU(210)에 의해서 제어되며 기준 신호를 입력하는 경우에는 기준 신호 발생 부하(400)의 SW2를 열고 SW1을 닫아 피측정 선로(10)에 기준 신호 발생 부하(400)만 연결되도록 하며, 이 경우 피측정 선로(10)의 전압 및 전류는 위상이 같으므로, 저항성 전류 검출기의 기준 신호로 사용할 수 있다. 소정의 주기 동안 기준 신호를 신호 측정 회로(100)로 입력한 이후에는 MCU(210)의 제어에 의해 SW1을 열고 SW2를 닫아 검출 전압 및 전류가 신호 측정 회로(100)로 입력될 수 있도록 한다.

한편, 기준 신호 발생기(30)와 기준 신호 발생 부하(400)에 의한 기준 회로가 동시에 입력되는 경우, 위상 오차 측정을 위한 기준 신호가 복수 개 입력되어 측정에 혼동을 가져오므로 기준 신호를 선택적으로 입력해야 한다. 디지털 로직 회로(200) 내의 MCU(210)는 기준 신호 발생기(30)와 기준 신호 발생 부하(400)를 각각 제어하여 기준 신호 발생기(30)에 의해 기준 신호가 입력되는 경우에는 기준 신호 발생 부하(400)의 SW1을 열고, 기준 신호 발생 부하(400)에 의해 기준 신호가 입력되는 경우에는 기준 신호 발생부(240)의 동작을 중단하여, 동시에 양 쪽의 기준 신호가 입력되지 않도록 한다.

한편 저항성 전류 검출기는 전압 크기 조정 회로(300) 및 전류 크기 조정 회로(310)를 더 포함할 수 있다. 상용 전원은 전압의 크기가 220V이고 이에 따른 전류의 크기도 크므로 신호 측정 회로(100) 특히, 디지털 로직 회로(200)에 무리가 발생할 수 있다. 그러므로 전압 및 전류의 크기를 조정하여 낮춘 후 입력해야 할 필요가 있는데 이러한 역할을 하는 것이 전압 크기 조정 회로(300) 및 전류 크기 조정 회로(310)이다. 크기가 조정된 검출 전압 및 전류를 통해 저항성 전류를 검출하는 연산을 수행하는 디지털 로직 회로(200)의 연산부(230)는 조정된 크기를 반영하여 연산한다. 예를 들어, 전류 크기 조정 회로(310)에 의해 전류의 크기가 1/10으로 줄어든 경우 연산부(230)는 적분 연산을 수행한 이후 다시 10배 스케일링하여 저항성 전류를 검출한다.

본 발명의 저항성 전류 검출기는 신호 측정 회로(100) 내의 스위치(20)와 A/D 변환기(130) 사이에 누전 측정 회로(140)를 더 포함할 수 있다. 이 경우 전압 측정 회로(110) 및 전류 측정 회로(120)를 통해 과전류 및 전류의 누전 여부를 판단할 뿐만 아니라 별도의 누전 측정 회로(140)에 의해 피측정 선로(10)의 누전 여부를 지속적으로 감시할 수 있으므로, 누전에 의한 사고 발생 등을 미연에 방지하며, 보다 효율적으로 누전 발생 여부를 판단할 수 있다. 누전 측정 회로(140) 및 기준 신호 발생 부하(400)가 포함된 경우, 본 발명의 디지털 로직 회로(200)는 도 5에 도시된 바와 같이 구성된다.

한편 상기 누전 측정 회로(140)를 부가한 경우, 스위치(20)와 피측정 선로(10) 사이에 누전 크기 조정 회로(320)를 더 포함할 수 있다. 누전 전류의 크기가 급격히 커지는 경우 신호 측정 회로(100) 내의 A/D 변환기(130), 디지털 로직 회로(200) 등이 누전 전류에 의해 파괴되는 등 저항성 전류 검출기가 고장 내지는 오작동이 발생할 수 있으므로 누전 크기 조정 회로(320)에 의해 스위치(20)를 통해 신호 측정 회로(100)로 입력되는 누전 전류의 크기를 작아지게 할 필요가 있다.

본 발명에 따른 저항성 전류 검출 방법의 일 실시예는 기준 신호 발생기(30)로부터 전압 및 전류의 기준 신호를 입력받고, 기준 신호가 신호 측정 회로(100)를 통과할 때 발생하는 위상 오차를, 신호 측정 회로(100) 내의 디지털 로직 회로(200)에 구비된 위상 오차 측정부(220)에 의해 측정하고 소정의 주기 동안 반복 측정하여 연산부(230)에서 평균치를 연산하여 이를 위상 오차로 정한다. 이 후 신호 측정 회로(100)에서 피측정 선로(10)로부터 검출된 전압 및 전류를 입력받아, 위상오차 및 검출 전압, 검출 전류를 이용하여 저항성 전류를 검출하며, 저항성 전류를 검출하는 연산은 검출 전류를 검출 전압 또는 검출 전류의 반 주기 동안 적분하여 연산한다. 적분 시 적분 구간의 하한 및 상한은, 위상 오차의 크기를 반영하여, 위상 오차가 양(+)인 경우는 적분 구간의 크기는 유지한 채 위상 오차 크기만큼 하한 및 상한을 양(+)의 방향으로 이동시키며 위상 오차가 음(-)인 경우는 적분 구간의 크기는 유지한 채 위상 오차 크기만큼 하한 및 상한을 음(-)의 방향으로 이동시켜 전압의 위상을 기준으로 하고 전압과 전류 사이에 발생한 위상 오차를 반영하여 저항성 전류를 연산한다. 이 경우, 신호 측정 회로(100)에 의해 발생하는 전압 및 전류의 위상 지연에 따른 오차를 보정하여 저항성 전류를 검출할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 저항성 전류 검출 방법의 다른 실시예는 기준 신호 발생기(30)로부터 전압 및 전류의 기준 신호를 입력받고, 기준 신호 발생 부하(400)에 의해 기준 신호를 발생시키며, 피측정 선로(10)로부터 스위치(20)로 전원 및 전류가 입력되는 때 및 신호 측정 회로(100)를 통과할 때 발생하는 위상 오차를 측정한다. 소정의 주기 동안 측정을 반복하여 얻은 측정치의 평균 값을 위상 오차로 정하고, 이 후 피측정 선로(10)로부터 검출한 전압 및 전류를 입력받아, 위상오차, 검출 전압, 검출 전류를 이용하여 저항성 전류를 검출한다. 저항성 전류는 검출 전류를 검출 전압 또는 검출 전류의 반 주기 동안 적분하여 연산한다. 적분 시 적분 구간의 하한 및 상한은, 위상 오차의 크기를 반영하여, 위상 오차가 양(+)인 경우는 적분 구간의 크기는 유지한 채 위상 오차 크기만큼 하한 및 상한을 양(+)의 방향으로 이동시키며 위상 오차가 음(-)인 경우는 적분 구간의 크기는 유지한 채 위상 오차 크기만큼 하한 및 상한을 음(-)의 방향으로 이동시켜 전압의 위상을 기준으로 하고 전압과 전류 사이에 발생한 위상 오차를 반영하여 저항성 전류를 연산한다. 이 경우, 신호 측정 회로(100)에 의해 발생하는 전압 및 전류의 위상 지연뿐만 아니라 피측정 선로(10)로부터 전압 및 전류를 검출하는 때에 발생하는 오차까지도 보정하여 저항성 전류를 검출하므로 보다 정확하게 저항성 전류를 검출할 수 있다.

10 피측정 선로 20 스위치
30 기준 신호 발생기 100 신호 측정 회로
110 전압 측정 회로 120 전류 측정 회로
130 A/D 변환기 140 누전 측정 회로
200 디지털 로직 회로 210 MCU(Micro Control Unit)
220 위상 오차 측정부 230 연산부
240 기준 신호 발생부 300 전압 크기 조정 회로
310 전류 크기 조정 회로 320 누전 크기 조정 회로
400 기준 신호 발생 부하

Claims

전기안전장치에 사용하기 위한 저항성 전류를 검출하기 위한 장치로서,
위상 오차 측정을 위한 기준 신호를 스위치(20)에 입력하는 기준 신호 발생기(30);
신호 측정 회로(100)에 의해 제어되며 상기 기준 신호 발생기(30)의 기준 신호 또는 피측정 선로로부터 검출한 전압 및 전류를 신호 측정 회로(100)에 선택적으로 입력하는 스위치(20); 및
상기 스위치(20)로부터 입력된 기준 신호를 이용하여 위상 오차를 측정하고, 상기 위상 오차 및 상기 검출 전압 및 전류를 이용하여 저항성 전류를 검출하는 신호 측정 회로(100);
를 포함하는 저항성 전류 검출기
청구항 1에 있어서, 상기 신호 측정 회로(100)는
스위치(20)를 통해 입력되는 전압을 측정하는 전압 측정 회로(110);
스위치(20)를 통해 입력되는 전류를 측정하는 전류 측정 회로(120);
상기 전압 측정 회로(110) 및 전류 측정 회로(120)에서 측정한 전압 및 전류를 디지털 신호로 변환하는 A/D(Analog to Digital) 변환기; 및
A/D 변환기(130)에서 디지털 신호로 변환된 전압 및 전류를 이용하여 저항성 전류를 검출하는 디지털 로직 회로(200);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 저항성 전류 검출기
청구항 2에 있어서, 상기 기준 신호 발생기(30)는 D/A(Digital to Analog) 변환기를 포함하며, 상기 디지털 로직 회로(200)에서 발생된 전압 및 전류를 D/A 변환하여 기준 신호로 입력하는 것을 특징으로 하는 저항성 전류 검출기
청구항 1에 있어서, 상기 피측정 선로(10)에 연결되어 동위상의 전압 및 전류가 기준 신호로써 스위치(20)에 입력되도록 하는 기준 신호 발생 부하(400)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저항성 전류 검출기
청구항 4에 있어서, 상기 신호 측정 회로(100)의 제어에 의해 상기 기준 신호 발생기(30)의 기준 신호 또는 상기 기준 신호 발생 부하(400)에 의해 발생되는 기준 신호가 상기 스위치(20)에 택일적으로 입력되는 것을 특징으로 하는 저항성 전류 검출기
청구항 1에 있어서 상기 피측정 선로(10)와 상기 스위치(20) 사이에 전압 크기 조정 회로(300) 및 전류 크기 조정 회로(310)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저항성 전류 검출기
청구항 2에 있어서, 상기 스위치(20)와 상기 A/D 변환기(130) 사이에 누전 측정 회로(140)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저항성 전류 검출기
청구항 7에 있어서, 상기 피측정 선로(10)와 상기 스위치(20) 사이에 누전 크기 조정 회로(320)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저항성 전류 검출기
청구항 2에 있어서, 상기 디지털 로직 회로(200)는
스위치(20), 기준 신호 발생기(30) 및 기준 신호 발생 부하(400)를 제어하는 MCU(Micro Control Unit)(210);
상기 기준 신호의 위상 오차를 측정하는 위상 오차 측정부(220); 및
상기 위상 오차 측정부(220)에서 측정한 위상 오차를 반영하고, A/D 변환기(130)에서 디지털 신호로 변환된 전류를 이용하여 저항성 전류를 연산하는 연산부(230);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 저항성 전류 검출기
청구항 9에 있어서, 상기 연산부(230)는 상기 위상 오차만큼 적분구간의 하한을 이동시키고 A/D 변환기(130)에서 디지털 신호로 변환된 검출 전류를 검출 전압 또는 검출 전류의 반 주기 동안 적분하여 저항성 전류를 연산하는 것을 특징으로 하는 저항성 전류 검출기
청구항 9에 있어서, 상기 디지털 로직 회로(200)는, 상기 기준 신호 발생기(30)로 동위상의 전압 및 전류를 입력하는 기준 신호 발생부(240)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저항성 전류 검출기
전기안전장치에 사용하기 위한 저항성 전류를 검출하기 위한 방법으로서,
(a) 기준 신호 발생기(30)로부터 스위치(20)를 거쳐 전압 및 전류의 기준 신호를 입력받는 단계
(b) 상기 기준 신호가 신호 측정 회로(100)를 통과할 때 발생하는 위상 오차를 측정하는 단계
(c) 상기 스위치(20)를 제어하여 피측정 선로(10)로부터 검출한 전압 및 전류를 입력받는 단계
(d) 상기 위상 오차, 상기 검출 전압 및 전류를 이용하여 저항성 전류를 검출하는 단계를 포함하는 저항성 전류 검출 방법
청구항 12에 있어서, 상기 (d) 단계는
(d-1) 상기 위상 오차를 상기 위상 오차의 크기만큼 적분 구간의 하한을 이동시키는 단계
(d-2) 상기 검출 전류를 상기 검출 전압 또는 검출 전류의 반 주기 동안 적분하여 저항성 전류를 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저항성 전류 검출 방법
전기안전장치에 사용하기 위한 저항성 전류를 검출하기 위한 방법으로서,
(a) 기준 신호 발생 부하(400)로부터 전압 및 전류의 기준 신호를 입력받는 단계
(b) 상기 기준 신호가 피측정 선로(10)에서 스위치(20)로 입력되는 때 및 신호 측정 회로(100)를 통과할 때 발생하는 위상 오차를 측정하는 단계
(c) 피측정 선로(10)로부터 검출한 전압 및 전류를 입력받는 단계
(d) 상기 위상 오차, 상기 검출 전압 및 전류를 이용하여 저항성 전류를 검출하는 단계를 포함하는 저항성 전류 검출 방법
청구항 14에 있어서, 상기 (d) 단계는
(d-1) 상기 위상 오차를 상기 위상 오차의 크기만큼 적분 구간의 하한을 이동시키는 단계
(d-2) 상기 검출 전류를 상기 검출 전압 또는 검출 전류의 반 주기 동안 적분하여 저항성 전류를 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저항성 전류 검출 방법