KR100775601B1 - 대지저항 측정 시스템 - Google Patents

대지저항 측정 시스템 Download PDF

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KR100775601B1
KR100775601B1 KR1020060044216A KR20060044216A KR100775601B1 KR 100775601 B1 KR100775601 B1 KR 100775601B1 KR 1020060044216 A KR1020060044216 A KR 1020060044216A KR 20060044216 A KR20060044216 A KR 20060044216A KR 100775601 B1 KR100775601 B1 KR 100775601B1
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electrode
connecting rod
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current
voltage
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KR1020060044216A
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부창진
김호찬
강민제
김정훈
고영수
김대훈
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제주대학교 산학협력단
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/16—Measuring impedance of element or network through which a current is passing from another source, e.g. cable, power line
    • G01R27/18—Measuring resistance to earth, i.e. line to ground

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Abstract

본 발명에는 불규칙한 지표면상에서 대지의 고유저항을 정확히 측정하기 위한 대지저항 측정 시스템이 개시된다.
본 발명은 지면에 설치되는 제 1, 제 2 고정 전극에 전류를 인가하고, 상기 제 1 고정 전극으로부터 이격되어 설치되는 제 1 전원 전극, 상기 제 2 고정 전극으로부터 이격되어 설치되는 제 2 전원 전극의 전압차에 대지의 고유저항을 산출하는 대지저항 측정 시스템에 있어서: 제 1 전원 전극과 제 1 고정전극을 연결하는 고형의 제 1 연결봉; 제 1 고정 전극과 제 2 고정 전극을 연결하는 고형의 제 2 연결봉; 제 2 고정 전극과 제 2 전원 전극을 연결하는 고형의 제 3 연결봉을 포함하며, 상기 제 1 연결봉, 제 2 연결봉, 제 3 연결봉에는 접지저항을 측정하기 위한 전원 라인들이 설치되고, 상기 전원 라인들은 상기 전극들과 전기적으로 결합되는 것이다.
대지저항, 슐렘버거, 전극, 경사각, 이탈각, 거리측정센서

Description

대지저항 측정 시스템{measuring system for soil resistance}
도 1은 종래의 슐렘버거(Schlumbeger) 전극법에 의한 대지저항의 측정방법을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 적용되는 이탈각과 경사각을 정의하는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 적용되는 전원 라인과 데이터 라인의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예의 설치된 전극의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예의 시스템의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예의 마이크로 프로세서의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
본 발명은 대지의 고유저항을 측정하기 위한 대지저항 측정시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 불규칙한 지표면상에서 대지의 고유저항을 정확히 측정하기 위한 대지저항 측정 시스템에 관한 것이다.
전기시설물에는 전기시설물을 보호하고, 전기 사고를 예방하기 위하여 법규에 규정된 접지공사를 해야 하고, 접지공사는 규정 값 이내로 저항을 유지하도록 정확한 시공이 이루어져야 한다. 이러한 접지공사를 위해서는 정확한 대지저항의 측정이 선행되어져야 한다.
도 1은 종래의 슐렘버거(Schlumbeger) 전극법에 의한 대지저항의 측정방법을 설명하기 위한 구성도이다.
전극
Figure 112006034378858-pat00001
,
Figure 112006034378858-pat00002
는 거리a 만큼 이격되어 고정되고, 전극
Figure 112006034378858-pat00003
으로부터 na만큼 이격되어 전극
Figure 112006034378858-pat00004
이 설치되고, 전극
Figure 112006034378858-pat00005
로부터 na만큼 이격되어 전극
Figure 112006034378858-pat00006
가 설치된다. 또한, 전극
Figure 112006034378858-pat00007
과
Figure 112006034378858-pat00008
에는 전류I가 인가되고, 전극
Figure 112006034378858-pat00009
과
Figure 112006034378858-pat00010
로부터 전압차△V가 검출된다.
이때, 전압차△V에 의하여 대지의 고유저항ρ는 다음의 수학식1에 의하여 결정된다.
Figure 112006034378858-pat00011
Figure 112006034378858-pat00012
이와 같은 슐렘버거 전극법에 의하여 대지의 고유저항을 측정하기 위해서는 두개의 전극에 전원I를 가해주는 전선이 필요하고, 두개의 전극으로부터 전압차를 측정하기 위한 전선 연결이 필요하다. 또한, 대지 표면으로부터 다양한 깊이의 대지의 고유 저항을 측정하기 위하여 전극
Figure 112006034378858-pat00013
과
Figure 112006034378858-pat00014
는 점차 전극
Figure 112006034378858-pat00015
과
Figure 112006034378858-pat00016
로부터 이격 되게, 즉 n 값을 크게 하여 측정된다.
이와 같은 방식으로 측정되는 슐렘버거 전극법에 의하여 대지의 고유저항을 측정하기 위해서는 대지의 평탄면에 간격a로 전극
Figure 112006034378858-pat00017
과
Figure 112006034378858-pat00018
가 설치되어야 하며, 전극
Figure 112006034378858-pat00019
과
Figure 112006034378858-pat00020
로부터 정확히 na 만큼 이격되어 전극
Figure 112006034378858-pat00021
과
Figure 112006034378858-pat00022
이 설치되어야 하고, 정확히 a, na값이 측정되지 않으면 정확한 고유저항을 측정하기가 어렵다.
그러나, 실제 전극의 설치환경은 평탄면보다는 경사면이 더 많게 되어 고유저항을 측정하기 위해서는 전극 설치위에서 실거리를 항상 측정하여야 하는 문제점이 있어 자동측정이 어려웠다.
또한, 이와 같은 전극에 분리된 전선으로 전원을 공급하고, 전압차를 측정하기 위해서는 측정자가 일일이 설치위치를 방문하여 측정하여야 하는 불편함이 있다.
또한, 이와 같은 측정장치에서는 여러 가닥의 전선이 필요하고, 이러한 전선은 단선으로 인한 측정 불능상태를 초래하는 문제점이 있었고, 측정 시에 여러 사람이 동원되어야 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 신뢰성이 있는 대지 고유저항을 측정하기 위한 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 원격으로 대지 고유저항을 측정하기 위한 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 적은 인력으로도 대지 고유저항을 측정하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 대지의 고유저항을 자동으로 측정할 수 있는 시스템을 제공하기 위한 것이다.
이외의 본 발명의 목적은 실시예를 통하여 설명하기로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 지면에 설치되는 제 1 전류전극(C1), 제 2 전류전극(C2)에 전류를 인가하고, 상기 제 1 전류전극(C1)으로부터 이격되어 설치되는 제 1 전압전극(P1)과 상기 제 2 전류전극(C2)으로부터 이격되어 설치되는 제 2 전압전극(P2)의 전압차에 의하여 대지의 고유저항을 산출하는 대지저항 측정 시스템에 있어서: 제 1 전류전극(C1)과 제 1 전압전극(P1)을 연결하는 고형의 제 1 연결봉(6); 제 1 전압전극(P1)과 제 2 전압전극을 연결하는 고형의 제 2 연결봉(5); 제 2 전압전극(P2)과 제 2 전류전극(C2)를 연결하는 고형의 제 3 연결봉(7)을 포함하며, 상기 제 1 연결봉(6), 제 2 연결봉(5), 제 3 연결봉(7)에는 접지저항을 측정하기 위한 전원 라인들이 설치되고, 상기 전원 라인들은 상기 전극들과 전기적으로 결합되는 것이다.
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도 2는 본 발명의 일실시예에 적용되는 이탈각과 경사각을 정의하는 구성도이다.
전압전극 P1은 하부 핀(1)과 하부 핀(1)에 대하여 유동되도록 설치된 상부 몸체(2)로 이루어지며, 상부 몸체(2)의 상부면 중심에는 돌출핀(3)이 상부면에 대하여 수직으로 돌출되어 있다. 상부 몸체(2)의 내부에는 상부 몸체(2)의 경사에 의하여 경사각을 감지하는 센서가 내장되어 있다. 전압전극 P2도 전극 P1과 동일한 구조를 이루고 있다. 전압전극P1의 상부 몸체(2)의 상부면(4)이 평탄한 대지의 면과 일치한다고 할 때, 상부면(4)은 좌표축(X), (Z)가 이루는 면상에 놓이게 된다. 또한, 상부면(4)의 중심으로부터 수직으로 돌출되는 돌출핀(3)은 Y축 상에 놓이게 된다.
전압전극 P2가 P1으로부터 거리a 만큼 이격되어 있을 때, (X, Z)평면상에 투영점(O')과 X축과의 각(θ)을 이탈각이라 정의하고, (X, Y) 평면상에 투영점과 X축과의 각(φ)를 경사각이라 정의한다.
또한, 평판타입의 연결봉(5)의 일단은 전압전극P1의 상부면에 걸쳐지고, 타단은 전압전극 P2의 상부면에 걸쳐진다. 연결봉(5)은 내부에 전원 라인과 데이터를 전송하는 데이터 라인이 내장되어 있으며, 연결봉(5)과 전압전극P1, 전압전극P2의 접촉부는 고정되어 있지 않으며, 걸쳐진 형태를 갖게 되어, 전압전극P1, 전압전극P2은 연결봉(5)에 대하여 유동된다.
또한, 연결봉(5)의 단부와 상부 몸체(2)에는 미도시된 플러그와 소켓이 설치되어 연결봉(5) 내부의 전원 라인과 데이터 라인을 상부 몸체(2)의 내부의 센서와 전기 단자에 연결한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 적용되는 전원 라인과 데이터 라인의 회로도이다.
연결봉(5)에 평행하게 설치되는 전원 라인과 데이터 라인은 도 3에 도시된 바와 같이 접속된다. 전류 공급라인은 전류전극C1, 전류전극C2에 접속되고, 전압 측정라인은 전압전극P1, 전압전극P2에 접속되며, 데이터 라인은 전체 전극(C1), (P1), (P2), (C2)에 접속된다. 이때 데이터 라인에 전송되는 데이터는 각 전극의 센서로부터 측정되는 이탈각(θ), 경사각(φ)과 각 전극을 구분하는 데이터의 헤더(header)가 포함된다.
도 4는 본 발명의 일실시예의 설치된 전극의 구성도이다.
전류전극C1, 전압전극P1은 실제 거리a1 만큼 떨어져 있고, 전압전극P1, 전압전극P2은 실제 거리a만큼 떨어져 있고, 전압전극P2, 전류전극C2은 실제 거리a2 만큼 떨어져 있다. 전류전극C1, 전압전극P1 사이에는 연결봉(6)이 설치되고, 전압전극P1, 전압전극P2 사이에는 연결봉(5)이 설치되고, 전압전극P2, 전류전극C2 사이에는 연결봉(7)이 설치된다. 이때, 연결봉(6)의 일단은 전류전극C1에 걸쳐지는 구조이고, 타단은 전압전극P1에 고정되는 구조로 전류전극C1의 위치에 의하여 전압전극P1이 회전되고, 전압전극P1의 내부에 설치된 센서에 의하여 이탈각과 경사각이 검출된다. 또한, 연결봉(6)의 전류전극C1의 인접부위에는 레이져 및 적외선등을 이용한 거리 측정 센서(8)가 설치되어 있어, 거리측정 센서(8)와 전류전극C1 사이의 거리를 측정하며, 측정방법의 상세한 설명은 후술되는 도 6을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
또한, 연결봉(6)에는 등간격으로 설치된 대지와의 거리측정 센서(10), (11)가 설치되어 있다. 거리측정 센서(10), (11)에 의한 측정 거리는 간접적으로 경사각을 확인할 수 있도록 한다. 또한, 거리측정 센서(8). (10), (11)는 데이터 라인과 연결되어 있어 측정된 거리를 외부로 전송한다.
연결봉(7)의 일단은 전류전극C2에 걸쳐 있고, 타단은 전압전극P2에 고정되어 있으며, 연결봉(6)과 마찬가지로 거리측정 센서(12), (13), (14)가 설치된다.
도 5는 본 발명의 일실시예의 시스템의 구성도이다.
마이크로프로세서(100)는 전극의 이격거리를 산출하는 센서데이터 계산기(110)와 특정 경사각, 이탈각에서의 이론적인 이격거리가 저장된 기준 센서각 메모리(120), 센서 데이터 계산기(110)와 기준 센서각 메모리(120)의 값을 비교하는 비교기(130), 측정된 접지저항과 센서 데이터 계산기(110)로부터 산출되는 이격거리에 의하여 대지의 고유저항을 산출하는 대지 고유저항 산출모듈(140)을 포함하며, 블루투스모듈(500)을 이용하여 측정데이터를 현장측정자의 PDA 또는 모바일기기(600)로 전송하여 실시간으로 데이터를 확인하고 측정 지점 및 측정법에 대한 보정을 이룰 수 있으며 이때 전송된 데이터는 접지저항계(300)를 통한 데이터를 동시에 조작할 수 있다. 이 모든 시스템 흐름은 PDA 또는 모바일 기기에 설치된 프로그램을 통해 명령을 주고 그 응답을 받는 양방향 구조로 이루어질 수 있다.
또한, 마이크로 프로세서(100)에는 아날로그신호를 디지털 신호로 변환하는 DAQ(200)가 연결되고, DAQ(200)는 전극(400)에 설치된 전극 센서로부터 입력되는 각 전극의 이탈각(θ)과 경사각(φ)을 센서 데이터 계산기(110)에 입력한다. 또한, DAQ(200)는 연결봉에 설치된 경사 측정용 거리측정센서(10), (11)로부터 데이터와, 전극들의 이격 거리를 보정하기 위한 거리측정센서(8), (12)로부터 입력되는 데이터를 센서 데이터 계산기(110)에 입력한다.
또한, 마이크로 프로세서(100)에는 대지 고유저항 산출모듈(140)이 연결되고, 대지 고유저항 산출모듈(140)은 접지저항계로부터 측정된 접지저항을 입력받고, 마이크로 프로세서(100)의 센서데이터 계산기(110)로부터 출력되는 a값과, n 값을 입력받아 전기 수학식1에 의하여 고유저항을 산출한다.
도 6은 본 발명의 일실시예의 마이크로 프로세서의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
이상적으로 평탄면의 대지표면에 설치되는 전류전극C2는 전압전극P2로부터 연결봉(7)의 길이인 a2만큼 이격된 위치에 설치된다. 이때 연결봉(7)의 일단은 전압전극P2의 상부몸체에 고정되고, 끝단은 전류전극C2의 상부몸체의 상부면에 걸쳐지며 중심의 돌출핀에 접촉된다. 그러나 전류전극C2의 설치환경의 변화가 발생하여 경사면에 전류전극C2'을 설치하는 경우 점선과 같이 연결봉(7)이 이동하여 전압전극P2로부터 a2'만큼 떨어진 실제 위치에 설치된다.
이때, 연결봉(7)의 일단은 전압전극P2에는 고정되어 있고, 끝단은 전류전극 C2의 상부면에 걸쳐져 있기 때문에 전압전극P2으로부터 멀어져, 즉 연결봉(7)이 점선처럼 이동하게 되면, 연결봉(7)의 끝단은 전류전극C2의 중심의 돌출핀으로부터 멀어지게 된다. 전류전극C2의 위치변화는 연결봉(7)의 끝단이 전류전극C2의 상부몸체의 상부면을 벗어나지 않는 범위에서 이루어지게 된다.
또한, 연결봉(7)의 끝단으로부터 기설정된 거리만큼 내측으로 거리측정 센서(12)가 설치된다. 평평한 지표면에 설치되는 경우에 연결봉(7)의 끝단은 전류전극C2의 돌출핀에 접촉되어 있기 때문에 거리측정 센서(12)에서 돌출핀에 레이저를 조사하여 얻는 측정거리와 거리측정 센서(12)가 연결봉(7)의 끝단으로부터 설치된 이격거리와 동일하다. 그러나, 경사면에 전류전극C2'를 설치하게 되는 경우에 설치위치의 변화가 발생하게 된다. 도 6에서와 같이 실제 전류전극C2'를 설치하기 위하여 연결봉(7)이 점선과 같이 이동한 경우에 거리측정 센서(12)는 레이저 빔을 전류전극C2'의 돌출핀에 조사함으로써 거리측정 센서(12)와 전류전극C2' 사이의 실제 이격거리를 산출한다. 따라서, 거리측정 센서(12)가 연결봉(7)의 끝단으로부터 설치된 기설정된 거리와 거리측정 센서(12)로 측정된 거리를 차감하게 되면 실제 전류전극C2'의 설치위치 변화에 의하여 거리측정 센서(12)의 측정거리의 증가(△a2)가 산출되며, 이는 실제 설치거리의 증가가된다. 즉, 전압전극P2와 전류전극C2의 실제 이격거리 a2'는 (a2'= a2 + △a2 = n a2)이다. 이때, a2는 연결봉(7)의 길이이므로 기 측정된 길이이고, 증가거리△a2를 거리측정 센서(12)에 의하여 측정함으로써 n 값은 산출된다. 즉, 전압전극P2와 전류전극C2의 실제 이격거리 a2'가 산출된다.
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센서데이터 계산기(110)는 전극 거리측정센서(8), (12)로부터 입력되는 증가거리와 위치값a를 입력받아 실제 이격거리를 산출하고, 실제 이격거리로부터 n값을 산출한다. 또한, 비교기(130)는 전극 센서로부터 이탈각(θ)과, 경사각(φ)을 입력받고, 이러한 각도에 해당하는 이론적인 이격거리를 기준센서각 메모리(120)로부터 읽어오고, 이론적인 이격거리와 센서데이터 계산기(110)로부터 산출되는 실제 이격거리를 비교한다. 비교기(130)는 이론적인 이격거리와 실제 이격거리의 차이가 설정된 기준값 이내이면, 실제 이격거리를 정상적으로 측정된 값으로 판정하고, 설정된 기준값을 초과하면 에러처리를 한다.
접지 저항계(300)는 전류전극C1, C2에 전류를 가하고, 전압전극P1, P2에 발생되는 전압에 의하여 접지저항을 측정한다. 대지 고유저항 산출모듈(310)은 접지 저항계(300)로부터 측정되는 접지저항과 센서데이터 계산기(110)로부터 출력되는 n, a값으로부터 대지 고유저항을 산출한다.
상기의 목적과 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 측정전극의 현장여건 경사도나 위치 이동등에 따른
Figure 112006034378858-pat00023
과
Figure 112006034378858-pat00024
이동에 대한 신뢰도를 향상 시키게 되고 대지의 경계문제 해석시 대지의 표면 외형에 대한 고려도 가능하게 되며 실제 저항률로 변환시 거리계수에 영향을 주어 신뢰있는 데이터 확보가 가능하게 된다. 또한 대지저항 측정시 최소 2명이상이 필요한 작업을 1명의 인력으로도 데이터를 취득가능하게 되어 접지 설계에 가장 중요한 대지저항률 분석에 신뢰도를 향상시켜 최적의 접지 설계가 가능하게 되어 접지의 본래 목적을 달성할 수 있다.

Claims (6)

  1. 지면에 설치되는 제 1 전류전극(C1), 제 2 전류전극(C2)에 전류를 인가하고, 상기 제 1 전류전극(C1)으로부터 이격되어 설치되는 제 1 전압전극(P1)과 상기 제 2 전류전극(C2)으로부터 이격되어 설치되는 제 2 전압전극(P2)의 전압차에 의하여 대지의 고유저항을 산출하는 대지저항 측정 시스템에 있어서:
    제 1 전류전극(C1)과 제 1 전압전극(P1)을 연결하는 고형의 제 1 연결봉(6);
    제 1 전압전극(P1)과 제 2 전압전극을 연결하는 고형의 제 2 연결봉(5);
    제 2 전압전극(P2)과 제 2 전류전극(C2)를 연결하는 고형의 제 3 연결봉(7)을 포함하며,
    상기 제 1 연결봉(6), 제 2 연결봉(5), 제 3 연결봉(7)에는 접지저항을 측정하기 위한 전원 라인들이 설치되고, 상기 전원 라인들은 상기 전극들과 전기적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 대지저항 측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 2 전압 전극(P1), (P2)은 지면에 설치되는 하부핀(1)과 상기 하부핀(1)에 대하여 유동되는 상부 몸체(2)로 이루어지며, 상기 상부 몸체(2)의 내부에는 상부몸체(2)가 유동될 때, 상기 상부몸체(2)가 지면에 평행인 방향과 수직인 방향에 대하여 회전한 회전각을 검출하는 검출센서가 설치되고, 상기 제 1 전류전극(C1)의 설치위치에 따라 상기 제 1 연결봉(6)에 의하여 고정결합된 상기 제 1 전압전극(P1)의 상부 몸체가 회전되고, 상기 제 2 전류전극(C2)의 설치위치에 따라 상기 제 3 연결봉(7)에 의하여 고정결합된 상기 제 2 전압전극(P2)의 상부 몸체가 회전되는 것을 특징으로 하는 대지저항 측정 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 연결봉(6)의 단부로부터 기설정된 이격 거리에 제 1 거리측정 센서(8)가 설치되고, 상기 제 1 거리측정 센서(8)에 의하여 상기 제 1 거리측정 센서(8)와 상기 제 1 전류전극(C1) 사이의 거리를 측정한 후, 상기 제 1 연결봉(6)의 길이, 상기 제 1 연결봉(6)의 단부로부터 상기 제 1 거리측정 센서(8)의 이격된 거리, 상기 제 1 거리측정 센서(8)와 상기 제 1 전류전극(C1) 사이의 거리에 의하여 상기 제 1 전류전극(C1)과 상기 제 1 전압전극(P1) 사이의 실제 거리를 산출하고,
    상기 제 3 연결봉(7)의 단부로부터 기설정된 이격 거리에 제 2 거리측정 센서(12)가 설치되고, 상기 제 2 거리측정 센서(12)에 의하여 상기 제 2 거리측정 센서(12)와 상기 제 2 전류전극(C2) 사이의 거리를 측정한 후, 상기 제 3 연결봉(7)의 길이, 상기 제 2 거리측정센서(12)와 상기 제 2 전류전극(C2) 사이의 이격 거리에 의하여 상기 제 2 전압전극(P2)과 상기 제 2 전류전극(C2) 사이의 실제거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 대지저항 측정 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 연결봉(6), 제 2 연결봉(5), 제 3 연결봉(7)에는 데이터 라인이 설치되고, 상기 회전각을 검출하는 검출센서로부터 검출된 데이터가 상기 데이터 라인을 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 대지저항 측정 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 전류전극(C1), (C2)과 상기 전압전극(P1), (P2) 사이의 이론적인 이격 거리에, 상기 실제 이격거리를 차감하고, 차감값이 기설정범위 내에 존재하는 경우 상기 실제 이격 거리로부터 대지저항을 산출하는 것을 특징으로 하는 대지저항 측정 시스템.
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