일반기술

가변주파수 전류를 이용한 대지 고유 임피던스의 측정 장치 및 방법

접지 시스템을 설계할 때 가장 중요한 포인트가 대지파라미터이다. 대지파라미터란 지층의 종류, 두께와 이의 대지저항률을 말한다. 토양은 그것이 완전히 건조상태이면 전기를 잘 통하지 않는다. 그러나 토양의 주성분인 규산이나 산화알루미늄의 특성상 대지가 수분을 함유하게 되면 대지의 저항률은 급격한 감소를 보인다. 따라서 대지의 종류나 수분의 함유량 등에 따른 특정 대지의 대지저항률을 측정하여 그것의 데이터를 기초로 하여 접지 시스템을 설계한다. 종래에는 변전소나 대규모의 접지시스템을 건설하기 전에 대지저항률을 측정하여 피접지물의 접지 시스템을 설계 및 시설하였다. 이러한 방법으로 시설된 접지시스템은 고주파 성분을 포함하는 뇌서지나 대규모 접지시스템에서 접지임피던스의 복잡 다양한 양상에 대한 문제에 대처할 수 없는 문제점이 있었다. 최근에는 단순히 피접지물과 대지를 전기적으로 접속한다는 개념에서 벗어나 접지전극의 형상과 시공기법에 많은 발전이 있었다. 특히 접지의 목적이 전력계통의 고장전류 방출에서부터 모든 계통을 등전위로 한다든지 감전방지 및 기기손상 방지, 제어계측 시스템의 안정화 도모, 뇌전류의 안전한 방출 등과 같이 접지의 목적이 다양화하고 있다. 이러한 접지 시스템의 다양화로 인하여 접지시스템에는 복잡다양한 주파수 성분을 포함하게 되었다. 하지만 접지시스템의 설계 및 평가시 특정 주파수에 의한 결과만을 이용하고 있어 실제 접지 시스템의 운용시에 기대했던 안전성 및 특성을 발휘하지 못하는 문제점이 있다. 기존의 대지저항률에 의한 대지특성 분석은 대지를 단순한 저항체로 가정하여 실제의 대지특성을 분석하는데 문제가 있었으며, 최근 다양한 전자/통신 기기들의 발전과 보급으로 시스템에 유입되는 접지전류의 주파수 대역이 다양해지고, 뇌서지와 같은 빠른 상승시간을 갖는 고장전류에 대해 대지고유임피던스 차원의 분석이 필요하게 되었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 대지 고유 임피던스를 측정하기 위하여 인가하는 전류에 주파수 변환 개념을 부가하고 필터링 및 대지 고유 임피던스를 분석하는 알고리즘을 구사하여 대지 고유 임피던스를 측정하는 측정 장치 및 방법을 제공한다.실제 대지의 등가회로의 용량 성분과 저항 성분 등이 결합된 대지고유임피던스를 측정하여 향후 시설될 접지시스템의 설계 및 보완시의 중요한 기초 자료로써 이용될 수 있다. 접지시스템은 감전방지, 고압/저압 변압기 혼촉시 저압측의 대지전위상승억제, 저압전로에 침입하는 뇌격이나 고저압 혼촉으로 인한 이상전압 침입 억제, 계기용 변성기의 고저압 혼촉에 의한 위험방지, 제어회로용 변압기의 보호장치 동작, 뇌서지의 대지 방류 및 방류시 전압상승 억제등 여러 분야에 사용되고 있으므로, 본 기술은 상기 경우에 맞추어 다양한 용도로 적용이 가능하다.전위상승의 명확한 파형으로 인하여 측정의 정확도가 향상되며, 종래의 측정법에서 일반적으로 사용하는 전류보조전극과 전위보조전극의 중첩 루프에서 발생하는 자기결합에 의한 측정값의 오차를 감소시키기 위해 특정 부위에서 직각방향으로 교차하는 루프를 적용함으로써 쇄교되는 자속의 일부를 상쇄시켜 고주파 측정시 크게 발생하는 오차를 상당부분 감소시키는 특징을 갖는다. 본 기술에 따라 측정된 대지 고유 임피던스에 근거해서 접지 시스템을 설계함으로써 실제 운용 중에 발생하는 고주파수 성분에 대한 취약점에 대책이 될 수 있다. 또한, 동절기의 동결이나 하절시의 우천과 같은 여러 대지 조건 변화에 따른 대지 고유 임피던스의 변화를 관찰함으로써 대지의 특성 파악 및 접지 시스템을 시설하기 전에 중요한 자료로써 이용될 수 있을 것이다.