변전소 접지 시스템에 대한 시험 방법 (1)

이번 포스팅은 직전에 올렸던 시공 후 Commissioning 시에 적용하는 접지 시스템의 테스트 방법에 대한 절차서를 올린데 이어서 이미 운전 중인 변전소의 접지 시스템의 점검을 위한 시험 방법에 대한 자료가 있어서 올리게 되었습니다. 본 자료는 EEP의 자료를 직접 번역한 자료임을 밝힙니다. (파파고의 도움을 받았습니다.)


효과적인 변전소 접지

이 글에서는 변전소 접지 시스템의 무결성 및 접지저항 유지의 중요성을 강조하면서 이러한 테스트를 수행하기 위한 절차와 요구 사항을 살펴봅니다.
변전소의 기본 구성 요소 중 하나는 변압기, 차단기, 커패시터 뱅크 및 철탑 구조물을 포함한 변전소의 모든 장치가 제대로 접지되도록 하는 접지 그리드입니다.


접지 그리드는 전체 변전소 하부에 전략적으로 배치되어 기기의 동작을 위한 접지와 사람을 보호하는 이중 목적을 수행합니다. 기기의 동작을 위한 접지 (Operational grounding)는 보호 장비의 동작을 방해하지 않으면서 고장 전류를 안전하게 대지로 운반하는 목적을 포함합니다. 사람을 보호하기 위한 접지는 주위의 사람들이 과도한 보폭전압이나 접촉전압으로 인한 위험한 감전에 노출되지 않도록 합니다.


목차:

1. AC 일차측 인가 테스트: 포괄적인 개요

2. AC 일차측 인가 검사의 필요성 이해

3. 변전소에서 일차측 인가 검사의 기타 용도:

    3.1 안정성 테스트

    3.2 느슨해진 접속 확인

    3.3 코어 식별

4. 그리드 무결성 테스트: 접지 시스템의 강도와 신뢰성 보장:

    4.1 그리드 무결성 테스트의 목적 및 방법론

    4.2 테스트 중 중요한 고려 사항:

          4.2.1 보호 장치 오작동 방지

          4.2.2 접지 전위 상승 관리 및 안전 보장

    4.3 결론

5. 그리드 접지 저항 테스트:

    5.1 그리드 접지 저항 테스트에 대한 나의 경험

6. 접지 저항 측정을 위한 전위 강하법: 기술 개요

    6.1 전위 강하법에 대한 단계별 절차

    6.2 추가 테스트 - 90° 전위 강하법: 접지 저항 측정에 대한 향상된 접근 방식



1. AC 일차측 인가  테스트 (AC Primary Injection Testing): 포괄적인 개요

전기 테스트 영역에서 절연 저항 테스트는 일반적으로 DC 기반의 고전압 테스트 장치를 사용하며, 널리 알려져 있고 일상적으로 수행됩니다. 이러한 장치는 저항을 측정하기 위해 절연 시스템에 전류를 인가하여 옴 또는 메가 옴 측면에서 절연의 건전성에 대한 귀중한 인사이트를 제공합니다. 이 테스트는 전기 시스템의 무결성을 보장하고 고장을 예방하는 데 매우 중요합니다.

그러나 전기 연결부의 건전성을 평가하려면 연결 부위의 저항을 측정하여 허용 전류 용량과 전반적인 신뢰성을 평가하는 다른 접근 방식이 필요합니다. 여기서 AC 일차측 인가 테스트 세트가 적용됩니다.


2. AC 일차측 인가 검사의 필요성 이해

절연 저항 테스트는 절연체의 상태를 평가하는 데 효과적이지만, 도체 또는 접속부의 전류 수송 능력에 대한 확실한 상태를 보여주지는 않습니다. 멀티미터를 사용하여 얻은 것과 같은 전통적인 저항 측정에는 소량의 전류를 주입하고 저항을 측정하는 방식이 들어있습니다.

그러나 이 방법은 I²R 손실(도체에 전류가 흐를 때 저항에 의해 발생하는 열)을 고려하지 않기 때문에 도체 또는 접속부의 전류 수송 능력을 테스트하는 데 부족합니다. 이러한 손실은 전기 결선의 장기적인 성능과 안전성에 영향을 미칠 수 있기 때문에 매우 중요합니다.

접속부 또는 연결부를 철저히 테스트하려면 특정 시간(일반적으로 30~60초) 동안 시스템의 정격 전류에 가까운 더 높은 전류를 인가하여 실제 상태를 시뮬레이션해야 합니다.

이 접근 방식은 저항을 측정할 뿐만 아니라 전류에 의해 발생하는 열을 견딜 수 있는 접속부의 능력을 평가하여 연결 부위가 성능 저하 없이 운전 조건을 처리할 수 있도록 보장합니다.

Figure 1 – Performing AC primary injection test on a switchgear


3. 변전소에서 일차측 인가 검사의 기타 용도

접지망 무결성 테스트 외에도 일차측 인가 테스트는 변전소에서 수행되는 중요한 절차로, 변류기(CT) 및 관련 회로의 정확성을 검증하기 위해 수행됩니다. 아래에서는 변전소 보호 시스템의 신뢰성을 보장하는 데 있어 변류기에서 수행되는 다양한 일차측 인가 테스트와 그 중요성을 살펴볼 것입니다.


3.1 안정성 테스트

AC 일차측 인가 테스트 세트를 사용하여 수행되는 주요 테스트 중 하나는 차동 보호 시스템에 대한 안정성 테스트입니다. 변전소 시운전 중 CT가 잘못 연결될 수 있으며, 극성이 반대로 되는 것은 일반적인 실수입니다.

이 오류로 인해 계전기에 의도치 않은 차동 전류가 흐르게 되어 정상 조건에서 차동 보호 장치가 잘못 작동하고 회로 차단기가 작동할 수 있으며, 이는 바람직하지 않은 결과입니다.

안정성 테스트는 시스템이 작동하기 전에 이러한 시운전 실수를 감지하도록 설계되었습니다. 회로를 통해 일차측에 전류를 인가하고 계전기의 차동 전류를 동시에 모니터링함으로써 CT 극성이 올바른지 여부를 판단할 수 있습니다. 차동 전류가 0이면 CT가 올바르게 연결된 것입니다.

그러나 차동 전류가 개별 CT 2차 전류의 합과 같으면 이는 극성이 반대임을 나타냅니다. 그런 극성 문제를 수정하기 위해 수정 조치를 취한 후 보호 시스템이 의도한 대로 작동하는지 확인할 수 있습니다.


3.2 느슨한 연결 (Loose Connection) 식별

전기 회로의 느슨한 연결부는 스파크 및 잠재적 고장을 포함한 심각한 안전 위험으로 이어질 수 있습니다. AC 일차측 인가 테스트 세트는 테스트 중에 정격 전류가 연결부를 통과하기 때문에 이러한 문제를 식별하는 데 매우 유용합니다. 낮은 전류로 테스트를 수행하면 스파크가 발생하지 않아 느슨한 연결부의 존재가 가려질 수 있습니다.

따라서 일차측 인가 테스트 중에 더 높은 전류를 인가하면 느슨한 연결부가 작동 문제로 이어지기 전에 확인돼서 수정할 수 있습니다.


3.3 코어 식별 (Core Identification)

CT에 다른 용도로 사용되는 코어가 여러 개 있는 경우 코어 식별이 필수적입니다. AC 일차측 인가 테스트 세트는 기술자가 CT 단자의 코어 중 하나를 단락하고 관련 부하에서 전류 흐름이 없음을 관찰할 수 있도록 하여 이 프로세스를 용이하게 합니다.

이 검증 프로세스는 각 코어에 대해 반복되어 각각의 코어가 필요한 곳에 정확하게 연결되었는지 확인하게 합니다.

Figure 2 – AC Primary T 2000 Primary current injection test set



4. 그리드 무결성 테스트:

접지 시스템의 강도 및 신뢰성 보장

그리드 무결성 테스트는 변전소 내 접지 메시의 강도와 무결성을 평가하기 위해 설계된 중요한 절차입니다. 접지망 또는 접지 그리드는 변전소 아래에 묻혀 있는 상호 연결된 도체 네트워크로, 전기 시스템의 안전성과 동작 신뢰성을 위한 필수 구성 요소로 사용됩니다.

따라서 시간이 지남에 따라 부식, 기계적 응력 및 환경 조건과 같은 요인으로 인해 메시 내 연결부의 품질이 저하될 수 있으므로 주기적으로 상태를 확인하는 것이 필수적입니다.

그리드 무결성 테스트는 이러한 연결부의 상태를 평가하고 접지 시스템이 계속 효과적으로 작동하는지 확인하는 수단을 제공합니다.


4.1 그리드 무결성 테스트의 목적 및 방법론

그리드 무결성 테스트의 주요 목표는 접지 메시 내 접속부의 기계적 및 전기적 건전성을 확인하는 것입니다. 이는 일반적으로 100~300암페어 범위의 상당한 양의 전류를 라이저(지상에 접지 메시를 연결하는 수직 도체)를 통해 인가하여 달성할 수 있습니다. 정확한 전류 값은 변전소에 사용된 접지 도체의 정격에 따라 선택됩니다.

테스트 중에는 각 라이저를 통해 전류가 순차적으로 인가되어 접지 메시 내의 다양한 접속부를 통해 전류가 흐르게 됩니다. 전류가 인가되는 단자의 전압 강하를 측정하고 옴의 법칙(V = IR)을 적용하면 접속부의 저항을 계산할 수 있습니다. 저항값이 낮으면 접속부의 상태가 양호하다는 것을 나타내며, 저항이 높으면 부식이나 느슨한 연결 부위와 같은 문제가 발생하여 접지 시스템의 효율성이 저하될 수 있습니다.


4.2 테스트 중 중요한 고려 사항

그리드 무결성 테스트를 수행할 때는 결과의 정확성과 테스트 인력 및 장비의 안전을 모두 보장하기 위해 몇 가지 중요한 요소를 고려해야 합니다.

4.2.1 보호 장치 오작동 방지

그리드 무결성 테스트 중 주요 우려 사항 중 하나는 보호 장치의 의도하지 않은 작동 또는 오작동 가능성입니다. 테스트에 사용된 인가 전류는 변압기의 중성점 또는 접지 경로에 설치된 전류 변압기(CT)나 기타 보호 장치를 통해 의도치 않게 흐를 수 있습니다.

이러한 의도하지 않은 전류 흐름으로 인해 이러한 장치가 트립 되어 변전소 운전이 중단되고 불필요한 정전이 발생할 수 있습니다.

이를 방지하려면 테스트 설정을 주의 깊게 모니터링하고 전류가 CT 또는 보호 장치를 통과하지 않도록 하는 것이 필수적입니다. 일부 유틸리티는 그리드 무결성 테스트를 수행하기 전에 변전소를 완전히 정지시키도록 요구하여 추가 예방 조치를 취합니다. 이 접근 방식은 오동작의 위험을 제거하고 운전 중인 설비에 영향을 줄 위험성 없이 테스트를 수행할 수 있게 해줍니다

4.2.2 대지 전위 상승 관리 및 안전 보장

그리드 무결성 테스트 시 또 다른 중요한 안전 고려 사항은 대지 전위 상승(GPR) 현상입니다. GPR은 주입된 전류가 테스트 구역 주변에서 전위를 국소적으로 증가시킬 때 발생합니다. 이는 위험한 전압을 노출시킬 수 있으므로 테스트를 수행하는 직원에게 위험을 초래할 수 있습니다.

GPR과 관련된 위험을 완화하기 위해 테스트 담당자는 절연 장갑 및 절연화와 같은 적절한 개인 보호 장비(PPE)를 사용하는 것이 좋습니다. 이러한 조치는 감전으로부터 보호하고 테스트 팀의 안전을 보장하는 데 도움이 됩니다.

또한 검사 구역을 명확하게 표시하고 허가된 직원만 접근할 수 있도록 제한해야 합니다.


4.3 결론

그리드 무결성 테스트는 변전소 접지 시스템의 신뢰성과 안전성을 유지하기 위한 필수 절차입니다. 이 테스트는 접지 메시를 통해 제어된 전류를 주입하고 그에 따른 전압 강하를 측정함으로써 접지 그리드 내 접합부의 상태에 대한 귀중한 인사이트를 제공합니다.

접지 시스템이 손상되면 위험한 보폭 전압과 접촉 전압이 발생할 수 있고 보호 장치의 효과가 떨어질 수 있으므로 이러한 조인트의 무결성을 보장하는 것이 변전소의 전반적인 성능에 매우 중요합니다.

테스트 자체는 간단하지만 안전 고려 사항, 특히 보호 장치 오작동 가능성과 대지 전위 상승과 관련된 위험에 주의를 기울여야 합니다.

모범 사례를 따르고 적절한 안전 조치를 사용함으로써 전력망 무결성 테스트를 효과적으로 수행하는 것은 전기 변전소의 안전하고 안정적인 운영을 유지하는 데 필요한 하나의 수단이 됩니다.



참고 자료

https://electrical-engineering-portal.com/substation-grounding-system-mechanical-check-visual-inspection-electrical-test