대형 접지 전극 시스템의 저항 측정의 문제점과 대책

이번 포스팅은 이전에 올렸던 접지 저항 측정 방법에 대한 보완 자료로 올립니다. 대형 플랜트의 접지 전극처럼 넓은 면적에 메쉬를 설치하고 수많은 접지 전극을 설치한 경우에 정확한 접지 저항을 측정하는 일은 쉽지 않음을 이번 포스팅을 보면서도 느꼈습니다. 실제 현장에서 이렇게 측정한 경험이 없습니다. 한 번의 측정으로 되는 것이 아닌 여러 번 테스트해서 가장 안정적인 값을 찾아야 하는 어려운 과정입니다. 우리가 실제로 못한다고 해도 정확한 방법을 이해해야 하겠습니다.

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변전소나 발전소에서 볼 수 있는 것과 같은 대형 접지 시스템은 전기 공급 네트워크 보호의 중요한 부분입니다. 그들은 고장 전류가 보호 장치를 올바르게 작동시킬 수 있도록 보장합니다. 변전소는 고장 중에 발생하는 과도한 전압을 줄이기 위해 접지 저항이 낮아야 하며, 이는 인근 사람들의 안전을 위험하게 하거나 장비를 손상시킬 수 있습니다.

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충분히 낮은 접지 저항 값을 얻기 위해 접지 시스템은 넓은 지역을 덮는 접지 메쉬 또는 많은 상호 연결된 접지 전극들로 구성될 수 있습니다. 이러한 시스템에서 유효한 판독값을 확보하기 위해서는 대규모 시스템에 적합한 테스트 기술을 사용해야 합니다. 이는 테스트하기 쉬운 작은 단일 접지 로드(예: 낙뢰 보호 시스템 또는 주택용 접지)와는 다릅니다.

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대형 접지 시스템의 Test에 대한 문제들

대형 접지 시스템 Test 시 유효한 측정치 확보를 위해서는 적절한 기술과 계측기를 사용해야 합니다. 변전소 및 발전소 접지 시스템의 특성 및 관련 조건은 단순한 접지봉보다 훨씬 더 복잡합니다. 변전소 접지 시스템을 테스트하는 데 있어 세 가지 주요 과제는 다음과 같습니다:

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1. 변전소/발전소 접지 시스템의 물리적으로 넓은 영역은 "저항 영역"을 만들고, 결과적으로 테스트 프로브까지의 긴 거리를 필요로합니다. 이상적으로 현재 테스트 프로브는 접지 시스템의 최대 거리의 10배(예: 300ft2 접지 그리드의 경우 3000ft)에 배치하여 특성 저항 곡선의 "평탄한" 부분을 찾아야 합니다.

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2. 큰 "저항 영역"은 일반적으로 0.5 Ω 미만의 접지 저항 값을 제공합니다. 판독값의 작은 변화를 관찰하려면 테스트 계측기 분해능이 중요합니다. 테스트 계측기의 분해능이 적합하지 않으면 계측기 오류가 결과를 압도할 수 있습니다.

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3. 대형 전기 네트워크에는 전력 유틸리티의 주파수와 고조파로 구성된 잡음과 스위칭 등에서 발생하는 고주파 잡음 및 다른 소스에서 발생하는 유도 신호가 포함됩니다. 접지 테스터는 훨씬 더 큰 테스트 환경에서 작은 테스트 신호를 검색하고 분석해야 합니다. 대부분의 접지 테스터는 표준 라인 주파수의 고조파를 피하기 때문에 대부분의 상황에서 적합한 단일 주파수(보통 128Hz)만 주입합니다. 불행히도 변전소에서는 적합하지 않은 경우가 많습니다. 이러한 유형의 간섭은 측정 오차의 상당한 원인이 될 수 있습니다

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대형 접지 시스템의 테스트 과제 해결

이상적인 세계에서는 대규모 접지 시스템의 시험이 전위 강하법(Fall-of-Potential Method) 에 따라 완벽하게 수행될 것입니다. 불행히도 대규모 접지 시스템에서 발견되는 대규모 "저항 영역" 때문에 이 시험을 수행할 수 없거나 심지어 불가능할 수도 있습니다. 위에서 언급한 바와 같이 현재의 시험 프로브를 접지 시스템의 최대 거리의 10배로 설정하면 수천 피트가 소요될 수 있습니다. 이러한 상황에서 경사법 (Slope Method)은 사용자가 곡선의 "평탄한" 부분을 찾거나 측정 지점으로서 전기 중심을 알 필요가 없기 때문에 효과적으로 사용될 수 있습니다. 판독값은 현재 프로브 거리의 20%, 40% 및 60%로 측정되며 저항 특성의 수학적 모델에 적합합니다.

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대형 접지 시스템을 테스트할 때 직면하는 다른 문제는 테스트 계측기의 능력과 관련이 있습니다. 향상된 기술은 대형 접지 시스템과 그 주변에서 발견되는 특성과 조건에 의해 발생하는 문제를 해결하는 계측기를 설계하는 것을 가능하게 했습니다

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경사법이 의미 있는 결과를 제공하기 위해서는 다른 지점들에서 정확한 변동을 측정하는 것은 매우 중요합니다. 대형 접지 시스템은 일반적으로 0.5 Ω 미만의 저항 값을 가지므로 차이가 상당히 적을 수 있습니다. 1 MΩ 측정 분해능이 있는 기기는 낮은 측정값 사이의 작은 차이를 나타낼 수 있습니다.

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소음은 대형 접지 시스템을 테스트하는 데 있어 주요한 문제이며, 정확한 결과를 보장하기 위해 해결되어야 합니다. 효과적이기 위해서는 테스트 환경에서 발생하는 상당한 소음의 영향을 극복할 수 있도록 테스트 계측기가 설계되어야 합니다. 소음 문제를 해결하는 데 도움이 되는 기술적 능력은 다음과 같습니다:

• 판독값에 영향을 미칠 수 있는 모든 실시간 노이즈를 제거하는 데 도움이 되는 가변 테스트 주파수(단일 고정 테스트 주파수가 아닌).
• 높은 피크 대 피크 간섭 억제 수준.
• 더 많은 소음을 거부하는 정교한 필터 시스템입니다.
• 필요할 때 신호 대 잡음비를 향상시키기 위한 다양한 전류 설정입니다.

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대형 접지 전극 시스템의 저항 측정: 기울기 방법 (Slop Method)

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임시 전압 전극 P가 시스템의 전기 중심에서 임시 전류 전극까지의 거리의 61.8%와 같은 거리에 있을 때 전극 시스템의 실제 접지 저항이 얻어짐을 알 수 있습니다. 이 원리는 부록 I에서 설명한 "교차 곡선"이라는 기술에서 사용됩니다. 이 방법은 본질적으로 복잡하고 "시행착오 법" 계산이 필요하다는 것이 분명해집니다.

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발전된 또 다른 기술을 여기에 설명합니다. 이 방법은 사용하기가 더 쉽고 토양이 균일하지 않은 경우 이론적이고 실제적인 경우 모두에서 만족스러운 결과를 제공하는 것으로 나타났습니다. 이것을 기울기 방법 (Slop Method)이라고 합니다.

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이 기술을 적용하려면 다음 절차를 수행합니다.

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1. 접지 측정기를 연결할 수 있는 편리한 접지 전극 E를 선택합니다. E는 복잡한 접지 시스템을 구성하는 많은 병렬 접지 전극 중 하나입니다.

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2. E에서 전류 탐침을 거리(DC)에 삽입합니다(통상 DC의 거리는 접지 시스템의 최대 대각선 치수의 2~3배입니다).

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3. DC의 20%, DC의 40% 및 60%와 같은 거리에 전위 탐침을 삽입합니다.

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4. 각 전위 탐침을 차례로 사용하여 접지 저항을 측정합니다. 이러한 저항값을 각각 R1, R2 및 R3이라고 가정합니다. 예: R1 = 0.2 x DC R2 = 0.4 x DC R3 = 0.6 x DC

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5. µ = (R3 - R2) / (R2 - R1)의 값을 계산합니다

그 결과를 µ라고 하며 저항/거리 곡선의 기울기 변화를 나타냅니다.

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6. µ에 해당하는 DP/DC 값을 보려면 표 VII를 참조하십시오.

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7. DC(전류 탐침까지의 거리)는 이미 알려져 있으므로 다음과 같이 새 DP(전위 탐침의 거리)를 계산한 다음 (Dp = Dp/Dc x Dc), E에서 새로운 거리 Dp에 전위 탐침을 삽입합니다. 이 측정을 "참" 저항이라고 합니다.

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8. 더 큰 Dc 값에 대해 전체 과정을 반복합니다. Dc가 증가함에 따라 "참" 저항이 눈에 띄게 감소하면 Dc 거리를 더욱 증가시킬 필요가 있습니다. 여러 테스트를 수행하고 "참" 저항을 표시한 후 곡선은 감소 폭이 적어지기 시작하고 더 안정적인 판독 값을 나타냅니다. 이 시점에서 접지 시스템의 저항이 기록됩니다.

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참고: 다른 접지 테스트 기술과 마찬가지로 실제 결과가 이론이 나타내는 것처럼 정확한지 확인하기 위해 약간의 실험이 필요할 수 있습니다. 기울기 방법은 결합된 저항 곡선을 따라 정확한 거리, 즉 테스트한 그리드에 중첩된 전류 탐침의 저항 곡선 사이에 특성 "평탄한 부분"을 생성하기에 충분한 간격을 두지 않고 보간하는 기능을 통해 비실용적으로 긴 리드가 필요하지 않도록 설계되었습니다.

 

기울기 방법에 대한 한 가지 특별한 관찰은 µ의 계산이 표에 주어진 것보다 크면 거리 C를 늘려야 한다는 것입니다. 두 번째로, R1, R2, R3에 대한 측정값이 신뢰할 수 있는 정도로 받아들여지기 전에, 지역화된 효과를 식별하고 계산에서 특징 없는 판독 값을 제거할 수 있는 곡선을 표시하는 것이 좋습니다. 세 번째로, 또한 다른 방향으로 그리고 다른 간격으로 테스트를 반복하는 것이 좋습니다. 다양한 결과가 합리적인 정도의 일치를 보여야 합니다.

참고 자료: Megger 사의 "Getting Down to Earth"

chrome-extension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/https://ledaelectronics.com.au/wp-content/uploads/2015/12/Megger-1_GettingDownToEarth.pdf