JP2008539418A

JP2008539418A - 電位傾度と接地抵抗測定とを利用した土壌構造の探知方法

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Publication number: JP2008539418A
Application number: JP2008508753A
Authority: JP
Inventors: サンムリ
Original assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Current assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2008-11-13
Anticipated expiration: 2026-04-27
Also published as: US20080265897A1; KR100609713B1; EP1875253A1; US7859266B2; JP4837031B2; WO2006115380A1

Abstract

従来の接地抵抗を測定するための測定計の設置規格に影響を及ぼす土壌構成の状態を知らない中で発生する不正確な測定問題点を改善し、土壌構成の状態を知らずとも可能な正確な接地抵抗を測定する方法に関する。このために、任意の第１電位電極点で電位差を測定するステップと、任意の第２電位電極点で電位差を測定するステップと、任意の第１と第２電位電極点間の電位差の測定値により、その電位差の変化率に該当する電位傾度を計算するステップと、電位傾度の特性によって電位点を設定し、接地抵抗値を測定するステップを含んでいる。これにより、現場で行い難い土壌構成の特性を調べずとも、簡便に可能な接地抵抗の真値を志向する測定することができる。

Description

本発明は、電位傾度と接地抵抗測定とを利用した土壌構造の探知方法に関し、より詳細には、電気通信設備などを含めて、一般的な産業施設の故障防止、通信サービスの安定化及び人命被害防止のために、漏れ電流や不要なノイズ信号を地中に排出する機能を有する接地技術に関する。特に、電位傾度を利用した土壌構造の探知及び接地抵抗の測定方法に関する。

一般的に、接地抵抗を測定する代表的な技術は電位降下法であり、実際には、３点電位降下法がよく使われる。この３点電位降下法は、設置規格において２つの補助電極である電流電極と電位電極との位置設定が重要である。２つの補助電極のうちでも電位電極の位置は、正確な接地抵抗を測定するにおいて、決定的な要素となる。かかる電位電極の位置は、測定現場の土壌構成の特性に影響を受ける。これについては、例えば、非特許文献１には、さまざまな土壌構成の類型で接地抵抗の正確な測定を提供する電位電極の位置を提示している。

しかし、実際の現場で、事実上、土壌構成の状態を知るということは、特別の努力を傾けない限りほぼ知り難い。従って、ほとんどの従来の接地抵抗測定がかかる土壌構成の条件による影響を勘案できない不正確な測定となってしまったという問題点がある。

Ｄａｗａｌｉｂｉの論文（ＩＥＥＥＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｏｃｉｅｔｙＷｉｎｔｅｒＭｅｅｔｉｎｇ，Ｖｏｌ．３，ｐｐ．２３−２７，２０００）

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、接地抵抗測定のための３点電位降下法の使用において、土壌構成の特性又は埋設物の測定に及ぼす影響力が反映された電位点（電流電極の離隔距離に対する電位電極の離隔距離の百分率）を決定して、電位傾度と接地抵抗測定とを利用した土壌構造の探知方法を提供することにある。

本発明の接地抵抗の測定方法は、任意の第１電位電極点で電位差を測定するステップと、任意の第２電位電極点で電位差を測定するステップと、前記第１電位電極点と前記第２電位電極点間の電位差の測定値により、該電位差の変化率に該当する電位傾度を計算するステップと、前記電位傾度の特性によって電位点を設定して接地抵抗値を測定するステップとを有することを特徴とする。

また、土壌構成の特性探知及び埋設物の方向探知に基づいた接地抵抗の測定方法において、（ａ）複数の電流電極の方向に係る電位傾度を計算するステップと、（ｂ）前記計算された電位傾度を比較して土壌構成の特性探知又は埋設物の方向探知をするステップと、（ｃ）前記探知された土壌構成の特性又は埋設物の方向によって電位電極の位置を決定して接地抵抗値を測定するステップとを有することを特徴とする。

また、単一電流電極の方向での接地抵抗の測定方法において、各接地体の施設の類型別の基準電位傾度を設定するステップと、現場の測定電流電極の方向に係る測定電位傾度を算出するステップと、前記基準電位傾度と前記測定電位傾度との数量的な関係によって電位電極の位置を選定して接地抵抗を測定するステップとを有することを特徴とする。

接地抵抗の測定技術を介して、これまで土壌構成の特性を知るという前提下で、接地抵抗の真値（ｔｒｕｅｖａｌｕｅ）を与える電位点を定めて測定する従来方法とは相反するように、本発明は、土壌構成の特性を逆に探知でき、さらに、埋設物の影響方向も探知できる。また、本発明は、未知の土壌構成上で、土壌構成の影響が反映された電位点を算出し、接地抵抗の真値に近似する電位点で接地抵抗を測定することによって、測定の正確性を期することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
図１は、本発明に係る接地抵抗の測定方法が適用される接地抵抗測定システムの概略図である。この接地抵抗測定システムは、３点電位降下方式を利用する。すなわち、３点電位降下方式は、基本的に、電流電極Ｃと電位電極Ｐとの２つの補助電極を使用する。また、接地電極Ｅは、接地抵抗の測定対象になる接地施設であり、接地体ともいう。電流電極Ｃは、測定のために流す試験電流Ｉに対する帰還電極である。従って、接地抵抗の測定方法は、図１に示すような回路上で、適正位置に電位電極を位置させて接地電極による電圧降下を測定し、オーム（Ｏｈｍ）の法則による試験電流に対する測定電圧の比（Ｖ／Ｉ）でもって接地抵抗値を計測する。

図２は、本発明に係る接地抵抗の測定方法をフローチャートに示した図である。まず、任意の電位電極点ａで電位差又は接地抵抗を測定する（ステップ２１０）。次に、任意の電位電極点ｂで電位差又は接地抵抗を測定する（ステップ２２０）。

次に、任意の二電位電極点ａ及びｂ間の電位差又は接地抵抗の測定値による電位傾度を計算する（ステップ２３０）。すなわち、電位傾度は、数式１のように算出される。

ここで、Ｐ_aはａ電位電極の位置での電位差の測定値であり、Ｐ_bはｂ電位電極の位置での電位差の測定値である。ただし、ａ＞ｂである。

この電位傾度は、図３のように示すことができる。図３を参照すれば、接地電極の原点の位置から電流電極の位置に至るまでの離隔距離線上で、任意の二点ａ及びｂ間の傾度εが、すなわち、電位傾度となる。

次に、算出された電位傾度の特性によって電位点を設定し、接地抵抗を測定する（ステップ２４０、２５０）。

ここで、電位傾度の特性というのは、以下の説明の実施例のように、多数の電流電極の方向に係る各電位傾度間の比較特性、又は単一電流電極の方向上においても、後述される接地体の施設の類型による基準電位傾度と比較された計算特性などを指すものであり、その具体的比較方法は、以下で説明する。

図４は、本発明に係る電位傾度を利用した土壌構成の探知又は埋設物の方向探知を行って接地抵抗を測定する手順をフローチャートに示した図である。

まず、複数の電流電極の方向に係るそれぞれの電位傾度を算出する（ステップ４１０）。次に、測定モードが土壌構成の特性探知、又は埋設物の方向感知であるかを判断する。

ここで、土壌構成の特性探知モードとして選択されれば、特定電流電極の方向に係る電位傾度の特性を把握し（ステップ４２２）、その電位傾度の特性による土壌構成の類型を決定し（ステップ４２４）、その土壌構成の類型による電位点の位置を決定して接地抵抗を測定する（ステップ４２６、４５０）。

図５は、図４に示した土壌構成の特性探知のために、多数の電流電極の方向について電位傾度を測定する概念図である。ステップ４２２乃至４５０について、図５を参照してさらに詳細に説明する。

例えば、６つの電流電極の方向に係る電位傾度を算出するとする。このとき、互いに９０゜方向にある３つの電流電極の方向対（例えば、Ａ、Ｃ、Ｅ）いずれの電位傾度も３０％以上であり、そして、互いに１８０゜方向にある２つの電流電極の方向のうち、いずれの１つの方向の電位傾度が１００％に近ければ、測定土壌構成の土壌近隣に垂直階層土壌構成が分布しているとして、接地体が設けられた領域の土壌構成の固有抵抗が低い現場であると判別できる。

また、相互反対の方向電流電極に対する電位傾度がほぼ類似したレベルならば、円筒形の土壌構成の形態の近隣であるということを類推できる。また、あらゆる方向において、電位傾度が似ているならば、球形体の異質な土壌構成であるか、又は均一な土壌構成であると解釈できる。

例えば、かかる土壌構成の類型によって均一土壌構成であるならば、前記選定したそれぞれの電流電極の方向に係る電位点をいずれも６０％、円筒形の土壌構成であるならば、Ａの電流電極の方向に係る電位点を６０％、Ｃの電流電極の方向に係る電位点を７０％、Ｅの電流電極の方向に係る電位点を６０％と適用でき、垂直階層の土壌構成であるならば、Ａの電流電極の方向に係る電位点を４０％、Ｃの電流電極の方向に係る電位点を６０％、Ｅの電流電極の方向に係る電位点を７０％と定めることができる。

次に、埋設物の方向探知モードとして選択されれば、算出された電位傾度間を比較し（ステップ４３１）、電位傾度間差によるグループ化を行い（ステップ４３２）、各電流電極の方向上の電位点の偏向位置を指定し（ステップ４３３）、全体電流電極の方向上の電位点の偏向性を把握し（ステップ４３４）、電位点の偏向方向によって埋設物の位置を判別し（ステップ４３５）、その埋設物の位置によって電流電極の方向選定を行って電位点を選定し、その電位点の選定により接地抵抗が測定される（ステップ４３６、４３７、４５０）。

すなわち、ステップ４３１乃至４５０について、図６及び図７Ａ、図７Ｂを参照しつつさらに詳細に説明する。

図６は、図４に示した近隣埋設物の影響を探知するために電流電極の方向を設定する模型図である。図６に図示されているように、適正な角度関係を有する３つの電流電極の方向ａ，ｂ，ｃに係る電位傾度を算出し、次に、その電流電極の方向に係る相互関係を比較し、図７Ａ及び図７Ｂに示した形態で、周辺に接地抵抗の測定値に影響を及ぼす地中埋設物の方向を探知できる。

図７Ａ及び図７Ｂは、図６に示した埋設物の影響探知測定時に、埋設物の方向探知をするための各電流電極の方向の電位傾度をグループ化した模型図である。

ここで、適正な角度関係とは、電位傾度を測定しようとする多数の電流電極の方向間に可能な最大離隔角を有するようにするのが好ましいという意味であり、図６では、単に３つの電流電極の方向である場合の相互離隔角度関係を例示している。すなわち、３つの電流電極の方向である場合の各隣接電流電極の方向間の離隔角が１２０゜となるときに適正になる。記号「Ｌ」は、隣接した２つの電流電極の方向間の最小離隔角を意味するものであって約４５゜になり、記号「Ｔ」は、３つの電流電極にわたる方向角を示すものであって１８０゜になるのが適正である。

図７Ａ及び図７Ｂを参照すれば、３つの電流電極の方向に係る電位傾度の特性において、いずれの一対の電位傾度差もほぼ１０％以内の範囲になり、３つの電位傾度間のいかなる組み合わせにおいても、また、他のいかなる対間の電位傾度差も２０％以上であるならば、この電流電極の方向をグループ化できるのである。電位傾度の差が１０％以内の範囲程度に近接した２つの電位傾度が、残り１つの電位傾度より小さな場合には、図７Ｂのような形態に分布しているとし、２つの電位傾度が今度は、やはり残り１つの電位傾度より大きい場合には、図７Ａのような分布グループであるとする。

図７で、ｒ₁／ｒ₂／ｒ₃は、探知測定電流電極の方向である。小さな区分線ｌは、電流電極の距離に対して６０％の地点を表示している。各線上の小円は、各電流電極の方向に係る電位傾度の高低によって分別できる電位点の偏向を単に仮想的位置として表示したものである。図７Ａを見れば、ｒ₁及びｒ₃の仮想電位点の位置が低くてｒ₂の仮想電位点の位置が高ければ、ｒ₂方向にある影響を与える構造物などがあるか、又は土壌構成の固有抵抗特性があると判断できる。かかる場合には、ｒ₂方向にある測定上の誤差を誘発できる影響を最大限排除せねばならない。

従って、実際に接地抵抗を測定する電流電極の方向は、可能なｒ₂の反対方向である図面で、点線で表示したＭ方向に設定する。そして、相変らずｒ₂方向の影響による電位点の変移をもたらすことがあるので、Ｍ方向の電流電極に対する５０％電位点で接地抵抗を測定して決める。図７Ｂを参照すれば、仮想電位点の偏向を見て、ｒ₂方向の反対方向にある影響力ある構造物があることと認知できる。この場合には、ｒ₂方向５０％電位点で接地抵抗値を取る。

図８は、本発明によって、１つの電流電極の方向に係る電位傾度のみでもって接地抵抗を測定する手順をフローチャートに示した図である。土壌構成を知らない状況で、単に１つの電流電極の方向に係る電位傾度のみでもって土壌の影響を反映するように接地抵抗の真値に近似する電位点を算出して接地抵抗を測定する。このためには、まず、数式２及び数式３のように、各接地体の施設の類型別の基準電位傾度を求めなければならない（ステップ８１０）。

ここで、ε_vは、垂直深さ型の接地施設についての基準変移率であり、ε_hは、水平接面型の接地施設についての基準変移率であり、ｍは、測定電流電極の隔離距離の接地体施設規格に係る倍数である。

ここで使用する接地体の施設規格というのは、垂直深さ型の接地施設の場合は、接地深さをいい、水平接面型の接地施設の場合は、面積換算直径をいう。接地体の施設規格をｄ_g、電流電極の離隔距離をｄ_cとすれば、ｍ＝ｄ_c／ｄ_gとなる。また、面積換算直径というのは、接地体の水平接面積の円形面積に置き換えたとき、その円の直径をいうものであり、接地体の接面積をＳとするとき、

になる。

次に、当該測定電流電極の方向に係る電位傾度ε_Fを算出する（ステップ８２０）。

次に、数式２及び３によって計算された基準変移率をε_Nと通称し、当該電流電極の方向について算出された電位傾度をε_Fとするとき、それら電位傾度間差を数式４のように求める（ステップ８３０）。
ε_d＝ε_N−ε_F 数式（４）

次に、単一電流電極の方向に係る変移率を利用した接地抵抗の真値を志向する電位点をＰとするとき、Ｐ＝６０＋ｍ_pと設定する（ステップ８８０）。ここで、ｍ_pは電位点移動量、６０は任意に決められる基準電位点であり、数式５のように求める（ステップ８４０乃至８７０）。
ｍ_p＝１０ｃ_m（ｃ_m：電位点移動係数）
ｃ_m＝ε_d／ｃ_ε（ｃ_ε：変移率比較係数）
ε_F＜ε_Nであり、｜εｄ｜≧１０：ｃ_ε＝１０
ε_F＞ε_Nであり、｜εｄ｜≧２０：ｃε＝２０
前記以外の範囲では、ｃ_ε＝∞である。

本発明は、上述した実施例に限定されず、本発明の思想内で当業者による変形が可能であるということは、いうまでもない。すなわち、本発明の全体の実施例に記載された「電位差」は、これを単にその地点における「接地抵抗測定値」に置き換えられる。

本発明は、また、コンピュータで読み取り可能な記録媒体にコンピュータで読み取り可能なコードとして具現することが可能である。コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、コンピュータシステムによって読み取り可能なデータが保存されるあらゆる種類の記録装置を含んでいる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体の例としては、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ−ＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、フラッシュメモリ、光データ保存装置などがあり、またキャリアウェーブ（例えば、インターネットを介した伝送）の形態で具現されるものも含んでいる。また、コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、ネットワークに連結されたコンピュータシステムに分散され、分散方式で、コンピュータで読み取り可能なコードでもって保存されて実行されうる。

本発明に係る接地抵抗の測定方法が適用される接地抵抗測定システムの概略図である。本発明に係る接地抵抗の測定方法をフローチャートに示した図である。図２に示した接地抵抗測定における電位傾度をグラフに示した図である。本発明に係る電位傾度を利用した土壌構成の探知又は埋設物の方向探知を行って接地抵抗を測定する手順をフローチャートに示した図である。図４に示した土壌構成の特性探知のために、多数の電流電極の方向について電位傾度を測定する概念図である。図４に示した近隣埋設物の影響を探知するために電流電極の方向を設定する模型図である。図６に示した埋設物の影響探知測定時に、埋設物の方向探知をするための各電流電極の方向の電位傾度をグループ化した模型図である。図６に示した埋設物の影響探知測定時に、埋設物の方向探知をするための各電流電極の方向の電位傾度をグループ化した模型図である。本発明によって、１つの電流電極の方向に係る電位傾度のみでもって接地抵抗を測定する手順をフローチャートに示した図である。

Claims

任意の第１電位電極点で電位差を測定するステップと、
任意の第２電位電極点で電位差を測定するステップと、
前記第１電位電極点と前記第２電位電極点間の電位差の測定値により、該電位差の変化率に該当する電位傾度を計算するステップと、
前記電位傾度の特性によって電位点を設定して接地抵抗値を測定するステップと
を有することを特徴とする接地抵抗の測定方法。
土壌構成の特性探知及び埋設物の方向探知に基づいた接地抵抗の測定方法において、
（ａ）複数の電流電極の方向に係る電位傾度を計算するステップと、
（ｂ）前記計算された電位傾度を比較して土壌構成の特性探知又は埋設物の方向探知をするステップと、
（ｃ）前記探知された土壌構成の特性又は埋設物の方向によって電位電極の位置を決定して接地抵抗値を測定するステップと
を有することを特徴とする接地抵抗の測定方法。
前記土壌構成の特性探知による接地抵抗測定ステップは、特定の電流電極の方向に係る電位傾度の特性を把握し、該電位傾度の特性による土壌構成の類型を決定し、該土壌構成の類型による電位点の位置を決定して接地抵抗を測定することを特徴とする請求項２に記載の接地抵抗の測定方法。
前記埋設物の方向探知による接地抵抗の測定ステップは、前記電位傾度を比較し、前記電位傾度間差によるグループ化を行い、前記各電流電極の方向上の電位点の偏向位置を指定し、全体電流電極の方向上の電位点の偏向性を把握し、前記電位点の偏向方向によって埋設物の位置を判別し、それによって電流電極の方向を選定して電位点を決定することを特徴とする請求項２に記載の接地抵抗の測定方法。
単一電流電極の方向での接地抵抗の測定方法において、
各接地体の施設の類型別の基準電位傾度を設定するステップと、
現場の測定電流電極の方向に係る測定電位傾度を算出するステップと、
前記基準電位傾度と前記測定電位傾度との数量的な関係によって電位電極の位置を選定して接地抵抗を測定するステップと
を有することを特徴とする接地抵抗の測定方法。
前記基準電位傾度を設定するステップは、前記接地体の施設の類型により、当該接地体の施設規格に係る電流電極の隔離距離の倍数を利用して計算することを特徴とする請求項５に記載の接地抵抗の測定方法。
前記電位電極の位置を選定するステップは、任意に定めることができる基準電位点Ｐ_Nについて、前記基準電位傾度と測定電位傾度との数量的な関係把握のための変数や係数や定数などを設定し、それらによる算術的ステップを介して実際の測定電位点の選定のための電位点の移動量ｍ_pを決定し、接地抵抗の真値又は接地抵抗の真値を志向する電位点Ｐを、Ｐ＝Ｐ_N＋ｍ_pのように定めることを特徴とする請求項５に記載の接地抵抗の測定方法。