도시 지역에서의 접지 저항 측정에 대하여

도시 지역에서 빌딩이 즐비하고 콘크리트로 다 덮인 그런 환경에서는 어떻게 접지 저항을 측정할 수 있을까요? 요즘 제가 궁금해하는 부분입니다. 빌딩 지하에 변전소는 있는데 접지함 내에는 테스트 전극이 연결된 단자가 없으면 어떻게 해야 할까요? 많은 분들이 접지 저항을 측정하기 힘든 그런 환경에서 일하고 계시는 것을 알게 되고 그런 환경에서는 어떻게 접지 저항을 측정할 수 있을지에 대해서 궁금하게 생각하고 있었습니다.

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이 포스팅에서 이러한 문제를 해결해 보려고 합니다. 처음부터 완벽한 해결책을 다 제시하기는 어렵겠지만 계속 찾아서 최선의 방법들을 제시해 보려고 합니다. 많은 자료들이 유료라서 이런 자료를 구하는 것도 만만치 않습니다. 여러 지인들을 통해서 구하고 있기 때문에 좀 시간이 지나면 그런 자료들도 올릴 수 있을 것으로 기대합니다..

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참고 자료 - Earth/Ground Measurement Guide by Chauvin-Arnoux

https://www.chauvin-arnoux.com/sites/default/files/documents/dc_earth-ground_measurement_ed1.pd

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이 자료에서 아래와 같이 지역별로 접지 저항 측정 방법을 제시하고 있습니다. Urban 즉 도시 지역에서 사용할 수 있는 방법을 3가지 제시하고 있는데 이에 대해서 설명하겠습니다.

1. Phase - PE loop Measurement 방법 - TT 시스템에서만 가능함

도시 환경에서는 공간, 콘크리트로 덮인 지역 등의 이유로 보조 전극을 박는 것이 불가능하기 때문에 보조 전극을 이용한 방법으로는 접지 저항을 측정하기 어려운 경우가 많습니다. 이 때문에 전기설비시험기준에서는 보조 전극 사용이 불가능한 것으로 판명되면 루프 임피던스법으로 측정할 수 있도록 하고 있습니다.

Cf IEC 60364-6: "참고: RA를 측정할 수 없는 경우, 이 측정은 a) 1)에서와 같이 고장 루프 임피던스 측정으로 대체될 수 있습니다." 아래 자료는 KS C IEC 60364-6-2016에서 캡처한 자료입니다.

따라서 루프 측정은 전력 공급 네트워크에 연결하기만 하면 보조 전극이 없는 도시 환경에서 접지 저항 측정에 사용할 수 있습니다. 이렇게 측정된 루프 저항에는 측정할 접지 저항 외에 변압기의 내부 저항과 케이블 저항도 포함됩니다. 다른 저항값이 매우 낮기 때문에 측정된 값은 전체 접지 저항값을 약간 초과한 접지 저항값입니다.

 

측정된 접지 저항값 > 실제 접지 저항값

이 접지 저항 측정법은 TT 접지 시스템에서만 가능합니다. IT나 TN에서는 전선의 루프 저항값만 측정되기 때문에 접지 저항은 측정되지 않습니다. 연결은 H - Phase, E - PE입니다. 이 측정법에서 측정용 전원은 상 전압에서 공급되며 배터리에서 공급되지 않습니다.

KS C IEC 60364-6 부속서 C2

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300x250

 

Megger 사의 Loop Tester의 연결 부위 사진입니다. 상전압 300V까지 연결이 가능한 것으로 설명하고 있습니다.

Megger 사의 Loop Tester의 연결은 아래와 같습니다. Test Mode에 따라 연결 방식이 다릅니다.

2. Earth Clamp 방법

접지 클램프의 장점은 설치가 빠르고 쉽다는 것입니다. 접지 클램프는 "generator" 권선과 "receiver" 권선의 두 가지 권선으로 구성됩니다.

• 클램프의 "generator" 권선은 클램프된 도체 주위에 일정한 값 E를 갖는 교류 전압을 발생시키고 전류 I = E / R루프가 저항성 루프를 통해 흐릅니다.
• "receiver" 권선은 이 전류를 측정합니다.
• 이제 E와 I로 알려진 바와 같이 루프 저항을 유도할 수 있습니다.

 

측정 전류를 정확하게 식별하고 교란 전류를 피하기 위해 접지 클램프는 특정한 측정 주파수를 사용합니다.

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예를 들어 n 개의 접지 전극과 병렬로 접지 저항 Rx를 측정하고자 하는 병렬 접지 네트워크의 경우를 예로 들 수 있습니다.

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이것은 아래의 간략화된 다이어그램으로 나타낼 수 있습니다:

전압 E가 Rx 접지 시스템의 임의의 지점에 인가되면 다음 식에 따라 루프에 전류 I이 흐릅니다.

Rearth 값은 1Ω 이하고 n 개의 병렬 저항은 거의 무시할 만한 값입니다. 따라서 Rloop 값은 측정할 접지 저항 Rx와 유사합니다.

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22.9kV 특고압을 수전하는 경우에는 이 22.9KV 선로가 다중 접지되어 있다는 점에 주목합니다. 다중 접지는 위의 클램프 사용 접지 저항 측정회로와 유사합니다. 따라서 인입 케이블의 접지선이 MOF와 외함 접지에 연결되면 이는 통합접지에서 변압기 2차측 접지와도 연결되게 됩니다. 그러므로 변압기 2차측 중성점 접지선에 클램프를 설치하면 건물 전체의 접지 계통과 22.9kV 수전 라인간에 다중 접지 회로가 구성되고 따라서 건물의 접지 저항을 클램프로 측정할 수 있게 됩니다. 이 방식은 154kV 수전이나 저압 수전에는 적용되지 않습니다.

 

위 그림에서 클램프를 집으로 옮기고 집의 접지를 인입선의 접지와 연결하여 폐루프를 만들면 집의 접지 저항을 측정하게 되는 것입니다.

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3. 두 개의 Earth Clamp를 이용한 방법

이 방법은 위의 접지 클램프 방법과 동일한 원리를 기반으로 합니다. 테스트한 접지 도체 주위에 클램프 2개를 놓고 테스터에 연결합니다. 한 클램프는 알려진 신호(32V/1,367Hz)를 주입하고 다른 클램프는 루프에 흐르는 전류를 측정합니다. 발생기 회로와 수신기 회로를 포함하는 단일 클램프 대신 두 클램프가 사용되며 하나는 발생기, 다른 하나는 수신기 역할을 합니다. 기능당 클램프 1개를 사용할 경우 클램핑 용량이나 두께 때문에 접지 클램프가 적합하지 않은 도체에 측정을 수행할 수 있다는 장점이 있습니다. 이런 두개의 클램프를 사용할 수 있는 접지 저항계 모델이 따로 있습니다.

위의 예들은 TT시스템이나 다중접지 계통에서만 적용이 가능하기 때문에 TN, IT 등에서는 사용이 불가능합니다. 따라서 이후의 포스팅에서는 도시지역에서 TN, IT 계통의 접지 저항을 할 수 있는 방법들에게 대해서 다루어 보도록 하겠습니다.