변전소 접지 시스템에 대한 시험 방법 (2)

변전소 접지 시스템의 테스트에 대한 두 번째 포스팅입니다. 이번 포스팅은 주로 접지 저항을 측정하는 방법에 대한 내용으로 실무에서도 도움이 되는 절차가 설명됩니다.

목차는 앞의 포스팅을 참조하시기 바랍니다.  아래에 링크를 누르시면 됩니다.

https://eec237.tistory.com/m/151

변전소 접지 시스템에 대한 시험 방법 (1)

5. 그리드 접지 저항 테스트

경력 초기에 제가 수행한 중요한 작업 중 하나는 500kV 변전소에서 그리드 접지 저항 테스트를 수행하는 것이었습니다. 변전소 접지 시스템의 효과를 평가하는 중요한 프로세스에 처음으로 참여한 작업이었습니다.

이 목적을 위해 사용되는 방법은 접지 저항을 측정하는 널리 알려진 기술인 전위 강하법(FOP - Fall of Potential)입니다.

전위 강하법은 알려진 전류가 대지를 통과할 때 발생하는 전위차를 측정하여 접지 그리드의 저항을 평가하는 데 사용되는 기본 기술입니다. 이 방법은 위험한 접지 결함이나 장비 오작동으로 이어질 수 있는 접지 시스템의 잠재적 문제를 식별하는 데 도움이 되므로 전기 변전소의 신뢰성과 안전성을 보장하는 데 매우 중요합니다.

이 방법에서는 전류를 인가하기 위한 전극과 전압을 측정하기 위한 전극 두 개를 테스트 대상 접지 시스템으로부터 특정 거리에 배치합니다. 대지 전체의 전압 강하를 측정하고 옴의 법칙을 적용하여 접지 그리드의 저항을 계산할 수 있습니다.

이러한 저항은 고장 전류를 대지로 안전하게 분산시키는 그리드의 능력을 보여주는 주요 지표입니다.

Figure 3 – Fall of potential plot graph


5.1 그리드 접지 저항 테스트에 대한 경험

주변 전도성 물체의 간섭을 피하기 위해 전극을 올바르게 배치하고 측정 장비를 올바르게 보정하는 것이 중요합니다.

전위 강하법은 변전소 접지 시스템의 무결성을 유지하는 데 있어서 접지 저항 테스트의 중요성을 가르쳐 줍니다. 접지 저항을 정확하게 측정함으로써 변전소 접지 시스템이 올바르게 작동하여 고장 전류에 대한 안전한 경로를 제공하고 장비와 인력을 모두 보호할 수 있습니다.

Figure 4 – Testing of earth resistance using fall of potential method



6. 접지 저항 측정을 위한 전위 강하법:

기술 개요

전위 강하법(FOP)은 특히 변전소에서 접지 시스템의 접지 저항을 측정하는 데 널리 알려진 기술입니다. 이 방법은 신뢰성이 높으며 올바르게 수행될 때 정확한 결과를 제공합니다.

일반적으로 접지 시스템의 저항을 측정하기 위해 특수 테스트 장비와 주의 깊게 배치된 전극을 사용하는 4극 방식을 사용합니다.


6.1 전위 강하법에 대한 단계별 절차

1단계 - 테스트 장비 배치:
테스트 장비를 테스트 중인 접지 시스템에 최대한 가깝게 배치합니다. 이상적으로는 리드선의 저항을 최소화하고 정확한 측정을 위해 장비가 접지 시스템 가장자리에서 10미터 이내에 있어야 합니다.

2단계 - 접지 시스템 연결:
짧은 리드 두 개를 사용하여 테스트 장비를 테스트 대상 접지 시스템에 연결합니다. 연결하기 전에 접지 시스템의 부착 지점을 청소하여 접촉 상태가 양호하고 측정값이 정확한지 확인합니다.

3단계 - 전류 및 전위 리드선의 배치:
전류 리드선과 전위 리드선을 서로 평행하게 배치하여 테스트 경로를 따라 접지 시스템에서부터 포설합니다. 전류 리드선이 코일링이 전혀 없도록 하고 전위 측정 리드선과 교차하지  않도록 하여 간섭과 부정확한 판독 값을 방지하는 것이 중요합니다.

4단계 - 전원 인가용 전극의 배치:
전원 인가용 전극(일반적으로 막대 또는 막대 클러스터)은 접지 시스템으로부터 충분한 거리를 두고  설치합니다. 이 거리는 일반적으로 대형 시스템의 접지 그리드 대각선 폭의 5배로 계산되는 접지 시스템의 영향권 밖에 있어야 합니다.

4극 방식은 저항을 보상할 필요 없이 매우 길고 다른 크기의 케이블을 사용할 수 있으므로 전원 인가 전극의 접촉 저항을 최소화하는 것이 필수적입니다. 이를 위해 여러 개의 접지 전극을 병렬로 연결할 수 있습니다.

5단계 - 전위 측정 프로브 배치:
전위 측정 프로브는 접지 시스템과 전류 인가 전극 사이의 거리의 약 80%에 해당하는 거리에 설치해야 합니다. 간섭을 피하려면 전류 인가 전극에서 최소 1미터 떨어진 곳에 위치해야 합니다.

6단계 - 측정 수행:
작업자는 측정 중에 모든 직원이 테스트 리드와 전극에 접근하지 못하도록 하여 테스트에 대한 간섭과 부상을 방지해야 합니다. 측정을 수행합니다. 측정값이 변동하는 경우 10개의 순차적 값을 기록하고 평균을 계산합니다. 이 평균은 접지 저항을 보다 안정적이고 정확하게 표현합니다.

7단계 - 전위 프로브의 위치 조정:
초기 측정 후 모든 직원에게 전류 인가가 중단되었음을 알리고 테스트 리드를 분리합니다. 전위 프로브를 전류 전극과 접지 시스템 사이의 거리의 약 10%만큼 접지 시스템에 가깝게 이동합니다. 일련의 측정값을 얻으려면 이상적으로는 초기 거리의 80%에서 20% 사이의 간격으로 테스트를 반복합니다. 10% 간격으로 측정하여 최소 7회 이상 측정하고 55% 및 65% 간격으로 2회 이상 추가 측정하는 것이 좋습니다.

8단계 - 결과 플롯 및 분석:
테스트 중에 저항 측정값을 곡선에 표시합니다. 측정값의 정확성을 확인하기 위해 중요한 편차나 이상 값이 나오면 다시 테스트해야 합니다.

9단계 - 결과 해석:
경사법 분석 결과 만족스러운 결과가 나오지 않는 경우 전류 전극을 다른 위치로 이동하여 테스트를 반복하는 것을 고려합니다. 이 새로운 위치는 접지 시스템의 영향으로 인한 간섭을 최소화하기 위해 접지 시스템에서 더 멀리 떨어져 있거나 다른 방향으로 이동해야 합니다.

10단계 - 최종 문서:
허용 가능한 결과 세트를 얻으면 향후 참조할 수 있도록 현재 전극의 위치를 기록합니다. 이 문서는 후속 테스트와 접지 시스템의 지속적인 유지 보수에 유용합니다.

전위 강하법은 변전소에서 접지 시스템의 효과를 보장하기 위한 근본적인 절차입니다. 위에 요약된 단계별 프로세스에 따라 엔지니어와 기술자는 접지 시스템의 안전성과 신뢰성을 보장하면서 접지 저항을 정확하게 평가할 수 있습니다.

이 테스트를 제대로 실행하면 안전 표준을 준수하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 장비 고장을 예방하고 직원의 안전을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다.


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

90° 전위 강하법(FOP)은 표준 인라인 FOP 방법을 보완하는 추가 테스트 절차입니다. 특히 인라인 테스트에서 얻은 초기 데이터가 의심스러운 상황이나 접지 저항 측정에 대한 추가 검증이 필요한 경우에 유용합니다.

이 방법은 결과에 대한 신뢰도를 높이고 표준 테스트 절차에서 간과되었을 수 있는 잠재적 문제를 식별하는 데 도움이 됩니다.

90° 전위 하락 방법을 언제, 왜 사용해야 합니까?
90° FOP 방법은 일반적으로 다음 조건에서 사용됩니다:

조건 #1 - 데이터 검증
초기 인라인 테스트 결과가 일관성이 없어서 인근 도전성 물체의 간섭이나 토양 저항 변화와 같은 잠재적인 문제가 있음을 보여주는 경우

조건 #2 - 시간 허용
보다 포괄적인 분석을 수행하기에 충분한 시간이 있고 예상되는 문제점이 있는 경우
복잡한 접지 시스템이나 주변 환경의 불규칙성 등 현장별 조건으로 인해 인라인 테스트의 정확성에 대한 구체적인 우려가 있는 경우.

90° 전위 강하법에 대한 단계별 절차

1단계 - 준비 및 초기 설정:
일반적으로 표준 인라인 전위차 테스트를 수행하는 것으로 시작합니다. 테스트 대상 접지 시스템에서 직선을 따라 전류 전극과 전위 전극을 배치합니다.

2단계 - 전류 전극 위치 지정:
인라인 테스트를 완료한 후 전류 전극은 원위치에 둡니다. 측정의 일관성을 유지하기 위해 전류 전극은 추가 90° 테스트 절차 동안 방해받지 않고 유지되어야 합니다.

3단계 - 전위 전극 위치 변경:
전위 전극과 관련 케이블을 접지 시스템 가장자리로 다시 빼냅니다. 위치를 변경하기 전에 전위 전극이 원래 인라인 위치에서 완전히 제거되었는지 확인합니다.
그런 다음 접지 시스템과 전류 전극을 연결하는 선에 90° 각도로 전위 전극을 설치합니다. 이 새로운 방향은 원래 테스트 라인과 수직인 각도를 형성해야 합니다.

4단계 - 거리 기반 측정:
전류 전극과 접지 시스템 사이의 이격 거리의 약 20%에 해당하는 거리에 전위 전극을 배치합니다. 이 지점에서 저항 측정을 수행하는 데 모든 직원이 테스트 구역에서 벗어나도록 합니다. 가능한 경우 전류 전극과 접지 시스템 사이의 이격 거리의 40%, 60%, 80%의 추가 간격으로 측정을 반복합니다. 각 측정은 더 자세한 분석을 위해 추가 데이터 포인트를 제공합니다.

5단계 - 결과 플롯 및 분석:
90° 테스트 중에 측정된 저항값을 이격 거리에 대해 플롯 합니다. 결과 플롯은 인라인 테스트에서 얻은 데이터와 비교해야 합니다.

그림 5(가상 참조)에 표시된 대로 플롯은 테스트 대상 접지 시스템의 가능한 최저 저항값을 식별하는 데 도움이 될 것입니다. 이는 표준 경사법 또는 인라인 테스트에서 도출된 결과의 정확성을 확인하는데 특히 유용합니다.

6단계 - 인라인 테스트와의 통합:
90° FOP 테스트의 결과를 인라인 테스트의 결과와 함께 사용합니다. 두 데이터 세트를 비교하면 전체 접지 저항 측정에 대한 안정성과 신뢰도를 높일 수 있습니다.
두 테스트 간의 불일치는 국소 토양 저항 이상 또는 측정의 정확성을 방해할 수 있는 묻혀 있는 도전성 물체의 존재와 같은 문제를 나타낼 수 있습니다.

90° 전위 강하 방법은 변전소에서 접지 저항 측정의 정확성과 신뢰성을 향상시키는 귀중한 보완 테스트입니다. 추가 테스트 방향을 도입하고 그 결과를 표준 인라인 방법과 비교함으로써 엔지니어는 접지 시스템의 상태를 보다 포괄적으로 이해할 수 있습니다.

이 방법은 복잡한 접지 시스템을 다루거나 초기 테스트 결과가 결정적이지 않을 때 특히 유용합니다. 신중한 실행과 분석을 통해 90° FOP 방식은 변전소 접지 시스템의 안전성, 신뢰성 및 효과를 보장하는 데 도움이 됩니다.

Figure 6 – Testing falls of earth resistance by In-line method

Figure 7 – Testing falls of earth resistance by 90 deg method


참고 자료

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