플랜트의 접지 테스트 절차서

 

이번 포스팅은 실제 프로젝트에서 사용된 접지 테스트의 절차서 내용에 대해서 핵심적인 내용을 소개하려고 합니다. 발주처에 현장에서 어떤 방법으로 접지 저항을 측정할 것인지를 제출해서 승인받기 위한 내용입니다. 접지 저항과 보폭 전압 그리고 접촉 전압 측정에 대한 내용이 포함됩니다.

 

1. 접지 저항 시험 (3 포인트 방법)

3점식 즉 Fall of Potential (전위강하법) 방법은 측정할 접지극과 두개의 전기적으로 분리된 시험 전극으로 구성되는데 보통 P(전압극)과 C(전류극)으로 부릅니다. 접지 저항 시험은 3점식을 사용하여 수행되고 이 방법은 가장 많이 사용되는 신뢰할만한 시험 방식입니다. Fall of Potential (전위강하법) 방법은 모든 프로젝트 사이트에 적용되어야 합니다.

 

Criterial (시험 기준): 전기 설계 기준을 참고하세요. 대지에 대한 접지 네트워크의 저항은 1 오옴을 초과하지 않아야 합니다. 어떤 하나의 전극 그룹이 시험을 위해 분리된다면 그 저항값은 4 오옴을 초과하지 않아야합니다.

 

1.1 소규모 시스템 (For Small System)

1) 측정 하려는 접지극을 접지 네트워크로 부터 분리한다.

2) 4단자 접지 테스터의 C1 전류 단자와 P1 전압 단자를 단락 점퍼선을 사용하여 단락시키고 이 단자를 테스트 하려는 접지극에 연결한다.

3) 3단자 접지 테스터의 경우 C1 전류 단자를 측정하려는 접지극에 연결한다.

4) 다른 전류극 C2를 200 feet의 거리에서 6 - 12 inch 깊이로 매설하고 테스터의 C2 단자에 연결한다.

5) 다른 전압극 P2를 전류극 C1과 C2의 중간 지점에 6 - 12 inch의 깊이로 매설하고 테스터의 P2 단자에 연결한다.

 

1.2 대규모 시스템 (For Large System)

1) 전류극 C2를 측정하려는 접지극 C1에서 400 - 600 feet 위치에 매설한다.

2) 전압극 P2를 측정극 C1에서 위 간격의 61.8%의 위치에 매설한다.

3) 저항을 측정하고 기록한다.

4) 전류극 C2를 현재의 위치에서 50 - 100 feet 더 멀리 이동 시킨다.

5) 전압극 P2를 측정극 C1에서 위 간격의 61.8%의 위치로 이동 시킨다.

6) 접지에서 스파이크 길이 (Spike length)는 두 스파이크 사이의 길이의 1/20배보다 크지 않아야 한다.

 

1.3 시험 절차 (Test Procedure)

1) START 버튼을 누르고 저항값을 확인한다. 이 값은 측정하려는 접지극의 실제 값이다.

2) 전압극을 측정극으로부터 10 feet 더 멀리 이동시킨후 두번째 측정을 한다.

3) 전압극을 측정극으로부터 10 feet 더 가깝게 이동시킨후 세번째 측정을 한다.

4) 세개의 측정값이 평균값의 수 퍼센트 이내에 있으면 세개의 측정값의 평균이 접지극 저항값으로 사용된다.

5) 만약 세개의 측정값이 그 범주를 벗어나면 추가적인 측정이 필요하다.

6) 접지극의 중앙 지점을 알 수 없을 경우에는 적어도 3번의 측정 세트를 수행해야 하며 각각의 경우 전류극의 간격도 다르게 하고 접지 매설 방향도 다르게 하는것이 필요하다.

7) 모든 측정이 완료되면 데이터를 접지극으로 부터의 수평적 거리와 수직 깊이에서의 측정된 저항값을 표시해야 한다.

 

 

Depth of the ground        Distance of the stake       Distance of the outer

electrode                                                                 stake

2m                                   15m                                 25m

3m                                   20m                                 30m

6m                                   25m                                 40m

10m                                 30m                                 50m

 

1.4 접지극 연속성 시험 (Ground Grid Connectivity)

이 시험은 측정점과 기준점 사이에 연속적인 DC 전류를 인가하여 수행됩니다. 시험은 장치가 설치된 후 가압 전에 수행되는데 시험의 시점이 테스트 시트에 기록되어야 합니다.

 

DC 고전류 시험 방식이 적용됩니다. 이 시험은 60초 동안 높은 DC 전류 (300A DC)를 인가하여 전압 강하를 측정하는 방식으로 접지계의 연속성을 체크합니다. 합격 기준은 전압 강하 1V 이하입니다. 최소한 6 개소의 연속성 시험이 요구됩니다.

아래 그림은 고전류 DC 소스를 이용한 접지네트워크 연속성 시험을 보여줍니다.

 

1.4.1 고전류 시험을 수행하기 위해 필요한 장비

• 300A를 연속적으로 생산할 수 있는 고전류 DC 소스. 300 feet를 연결할 수 있는 구리 절연 리드선 2/0 혹은 4/0
• 테스트 세트의 작업자와 고전류 시험 전선을 연결하거나 분리할 작업자를 위한 Class 2 고무 장갑
• 고전류 시험 전선과 같은 길이의 쉴드 리드를 가진 DC 전압계
• 전압 강하 측정을 위한 DC milivolt 전압계 (Test set에 내장되어 있을 수 있음)
• DC clamp-on 전류계

 

1.4.2 시험 절차

• 고전류 음극 리드를 지상의 기준 접지에 연결한다. 다만 연결 지점은 다른 본딩 연결이나 클램프보다 아래에 있어야 한다. 전압계의 음극 리드를 같은 곳에 연결한다.
• 고전류 양극 리드를 테스트 할 접지에 연결한다. 전압계의 양극 리드를 같은 곳에 연결한다.
• 테스트 리드로 300A DC가 흐를때까지 테스트 세트의 출력을 증가 시킨다. 전류를 측정하여 확인한다.
• DC 전압계를 사용하여 전류를 투입하는 지점의 전압 강하를 측정하고 기록한다.
• DC 클램프온 전류계를 사용하여 접지 그리드에 연결된 고전류 테스트 양극 리드 하부에서 전류를 측정한다. 양극 고전류 테스트 리드 위에서 장치나 구조물로 흐르는 전류를 측정하고 그 값을 기록한다.
• 단독 접지를 가진 장치에서는 약 300A가 접지 그리드로 흘러 내려가야 한다.
• 다중 접지를 가진 장치에서는 시험 전류의 약 50%가 그리드로 흘러야 한다. 만약 50% 보다 작은 전류가 흐르는 경우에는 그 접지를 분리하여 다시 300A를 인가한다. 그리고 그 전압 강하 값을 별도의 테스트 시트에 "Reset" 라벨을 붙여 기록해둔다. 이 분리된 전압 강하는 근처에 있는 다른 지점과 비슷해야 한다. (보통 0.2Vdc 이내로)

 

2. 보폭 전압과 접촉 전압 (Step and Touch Voltage)

보폭 전압과 접촉 전압 시험은 접지 그리드와 보조 접지 스파이크들 사이에 전류를 인가하여 시험극으로 전압을 측정하는 방식으로 수행된다.

 

2.1 보폭 전압과 접촉 전압의 시험을 위한 주요 위치

• 변압기 홀 - 전력 변압기
• AC 스위치야드 - 갠트리 타워
• MV/LV Panels
• Metal 구조물
• GIS, GIB
• Link Box

 

2.2 보폭 전압 (Step Voltage)

어떤 다른 접지된 표면에 접촉하지 않고 1m의 거리를 연결하는 사람의 발 사이에서 나타나는 표면 전압의 차이.

 

보폭 전압 시험은 시간 저항 측정 (timed resistance test)의 한 형태로 볼 수 있다. 접지 저항 값을 관찰하는 대신, 전압이 단계적으로 증가할 때 귀환 전류가 어떻게 반응하는지를 시각적으로 보여준다. 전압은 사용자 정의 증가분과 기간에 따라 단계적으로 증가된다

 

2.2.1 IEEE와 IEC 표준에 따른 안전 한계 계산

최대 허용 보폭 전압은 Vs=0.157 Vts(2x3xq+1000)=0.94q+157Vts

 

2.2.2 시험 절차

• X 리드선을 접지 시스템에 연결한다.
• 접지 시스템으로 부터 떨어진 예상 고장 지점에 인가 전극을 삽입하고 Z 리드선을 그것에 연결한다.
• 두개의 전극을 3 feet 이격으로 (사람의 보폭 거리) 사람이 서 있을 예상 위치에 삽입한다. 모든 전극들은 일직선 상에 위치해야 한다.
• Xv 리드선을 Z에 가장 가까운 전극에 연결하고 다른 전극에 Y리드선을 연결한다.
• 테스트를 시작하고 확인된 저항 값을 기록한다.
• 예상되는 고장 전류 값과 측정된 저항 값을 곱해서 보폭 전압을 구한다.

 

예제)

측정 저항값 (R): 0.5 ohms

고장 전류 값 (I): 2000 Amps

보폭 전압 (E): 0.5 x 2000 = 1000 Volts

 

(보폭 전압 측정 결선도)

 

2.3 접촉 전압 (Touch Voltage)

접지된 철제 구조물과 사람이 서있는 지점에서의 표면 전압과의 전압 차이로 사람이 철제 구조물에 손을 접촉하고 있는 상태에서 나타난다.

 

2.3.1 IEEE와 IEC에서의 안전 한계 계산

허용 접촉 전압 - 건강한 어른의 경우에 3초를 초과하는 긴 쇼크 기간에 대해서 50VAC (1-1000Hz) 나 120VDC를 초과하지 않아야 하며 그렇지 않을 경우 생명을 위협할 수 있다. 어린이나 가축에 대해서는 접촉 전압은 25VAC 와 60VDC로 제한된다.

 

2.3.2 시험 절차

• X와 Xv 리드선을 접촉될 철제 구조물에 연결한다.
• 구조물로 부터 1m (3 feet) 떨어진 위치에 전극을 매설하고 Y 리드선을 그것에 연결한다.
• 예상되는 고장 지점에 전극을 매설하고 Z 리드선을 그것에 연결한다.
• 테스트를 시작하고 확인된 저항 값을 기록한다.
• 예상되는 고장 전류 값과 측정된 저항 값을 곱해서 접촉 전압을 구한다.

 

예제)

측정 저항값 (R): 0.5 ohms

고장 전류 값 (I): 4000 Amps

보폭 전압 (E): 0.5 x 4000 = 2000 Volt

 

(접촉 전압 측정 결선도)