KR100987873B1 - 대지전위 분석을 통한 접지망(1) 진단방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발전소, 변전소 등의 전력설비나 통신설비에 전력을 안정적으로 공급하기 위한 기본요소인 접지망(1)의 특성을 진단하는 방법에 관한 것이다. 상기 접지망(1)의 접지성능을 평가하는 지표로는 접지저항, 접촉전압, 보폭전압 등이 널리 활용되고 있으나, 상기 지표들을 전력설비가 운전되고 있는 활선상태에서 신뢰성 있게 측정하는 것은 실질적으로 불가능하다. 이에 본 발명에서는 상기 전력설비 및 통신설비의 안정성 및 신뢰성 확보를 위하여 활선상태에서 접지망(1)의 설계오류, 경년열화 또는 파손에 따른 결함 및 고장의 정도나 종류 및 위치 등의 정보를 정확하게 진단할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.

대지전위, 접지망(1), 무한원점(10), 기준전위(11), 비교전위(12)

Description

대지전위 분석을 통한 접지망(1) 진단방법{Diagnostic technique of mesh ground by analyzing the ground electric potential}

본 발명은 발전소, 변전소 등의 전력설비나 통신설비에 전력을 안정적으로 공급하기 위한 기본요소인 접지망(1)의 특성을 진단하는 방법에 관한 것이다.

발전소, 변전소 등의 전력설비나 통신설비에 전력을 안정적으로 공급하기 위해서는 접지망(1)의 안정성 및 신뢰성 확보가 필수적으로 요구되며, 상기 접지망(1)의 특성을 평가하기 위한 지표로는 접지저항, 접촉전압, 보폭전압 등이 널리 활용되고 있다. 그러나, 상기 지표들은 이들 지표가 갖는 고유의 특성으로 인하여 전력설비가 운전되고 있는 활선상태에서 직접적으로 측정하는 것이 불가능하다.

이와 같은 특성에 따라, 설계 및 시공시 발생되거나 장기간 운전에 따른 경년열화에 기인한 접지망(1)의 각종 결함, 고장, 특성저하 등에 관한 정보를 운전 (활선)상태에서 정확하게 측정 및 진단함으로써 전력을 안정적으로 공급하고 궁극적으로 상기 설비들의 안정성 및 신뢰성을 담보할 수 있는 기술이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 발전소, 변전소 등의 전력설비나 통신설비에 전력을 안정적으로 공급하기 위한 필수요소인 접지망(1)의 특성을 진단하는 방법에 관한 것으로,

접지망(1)을 진단하는 방법에 있어서, (a) 상기 접지망(1) 외곽으로부터 접지망 장변(2)의 3 내지 5배만큼 이격된 어느 한 지점을 무한원점(10)으로 설정하는 단계; (b) 상기 접지망(1)에 접지된 주변압기의 중성점 접지단자(20)와 상기 무한원점(10) 간의 기준전위(11)를 측정함과 동시에 주변압기의 중성점 접지단자(20)를 제외한 상기 접지망(1)에 접지된 전력설비들의 접지단자들(20, 21, 22, 23, 24, 25, 26) 중 어느 하나와 상기 무한원점 간의 전위를 측정하는 비교전위(12) 측정단계; (c) 기준전위(11)에 대한 측정한 비교전위(12)의 비율이 115%를 초과할 경우 상기 (b) 단계에서 측정의 대상이 된 접지단자의 접지상태를 고장으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 접지망(1) 진단방법에 관한 것이고,

또한, 접지망(1)을 진단하는 방법에 있어서, 상기 (b)단계는 상기 접지단자들(20, 21, 22, 23, 24, 25, 26) 각각에 대하여 상기 비교전위(12) 측정을 수행하는 것임을 특징으로 하는 접지망(1) 진단방법에 관한 것이고,

또한, 접지망(1)을 진단하는 방법에 있어서, 상기 (b)단계에 있어서 주변압 기의 중섬점 접지단자(20)를 주변압기의 외함 접지단자(21), 발전기의 중성점 접지단자(22), 발전기의 외함 접지단자(23), 피뢰기 접지단자(24) 중 어느 하나로 대체하는 것을 특징으로 하는 접지망(1) 진단방법에 관한 것이고,

또한, 접지망(1)을 진단하는 방법에 있어서, 상기 (b)단계에 있어서 상기 기준전위(11)와 상기 비교전위(12)의 측정을 위한 케이블의 길이가 동일한 것을 특징으로 하는 접지망(1) 진단방법에 관한 것이다.

이하 도면을 이용하여 설명하여 보면, 도 1은 접지망(1), 피뢰기(LA), 발전기(G), 변압기(TR) 등을 포함하는 일반적인 발전 및 변전 설비의 개념도를 보이고 있다. 기준전위(11)는 주변압기의 중성점 접지단자(20)와 상기 접지망 장변(2)의 3-5배 거리만큼 상기 접지망(1)으로 부터 이격된 무한원점간의 전위차를 의미하며, 비교전위는 상기 주변압기의 중성점 접지단자(20)를 제외하고 피뢰기(LA), 발전기(G), 변압기(TR)는 물론 발전소 또는 변전소 등의 전력설비나 통신설비에 포함되어 상기 접지망(1)에 접지되는 어느 하나의 설비의 접지단자 간의 전위차를 의미한다.

도 2는 상기 도 1의 접지망(1)의 특성이 양호한 경우로, 접지망(1)이 형성된 영역 전반에 걸쳐 균등 대지전위가 형성되고 접지망(1)의 경계로부터 이격됨에 따라 전위가 감소하는 특성을 보이고 있다. 그러나, 상기 접지망(1)에 설계 및 시공 시 발생된 장기간 운전에 따른 경년열화에 기인한 접지망(1)의 각종 결함, 고장 등이 발생할 경우, 대지전위의 불균형이 발생하게 된다.

또한, 불균등한 대지전위가 형성되는 경우, 낙뢰나 지락 사고 등으로 인한 사고전류가 유입될 경우 설계치 또는 허용치 이상의 보폭전압, 접촉전압 등을 발생시킬 수 있고 이는 전력설비나 통신설비의 안정성 및 신뢰성은 물론 감전으로 인한 인명피해에 이를 수도 있다.

경험칙에 비추어 접지망(1)의 이상으로 인하여 불균등 대지전위가 발생되는 경우를 살펴보면, 설치 또는 접지점검 후 5년이 경과한 전력설비나 통신설비, 계전기의 오동작이 많은 전력설비나 통신설비, 전력설비나 통신설비가 설치된 후 근접하여 도로개설 등의 토목작업으로 인근의 지질, 지형 등이 변경된 경우, 철구 등 전력설비나 통신설비를 구성하는 구조물에서 유도현상 또는 부분방전현상이 심하게 발생되는 경우를 들 수 있다.

현재 전력설비나 통신설비의 접지망(1)에 대한 진단 및 평가항목으로는 접지저항, 접촉전압, 보폭전압 등의 항목이 운용되고 있으나, 이러한 평가 항목들은 상기 전력설비나 통신설비가 운전되고 있는 조건 하에서는 다음과 같은 이유로 적용이 곤란하다.

첫째, 망형 접지가 적용된 일반적인 전력설비나 통신설비의 경우, 소형 단일 전기기기의 봉형, 선형 접지에 비하여 대지와의 접촉면적이 매우 넓어 특정의 단일 개소에서 접지저항을 측정할 경우 규정된 접지저항치를 초과한 값이 도출될 가능성이 매우 희박하다. 즉, 접지망(1)의 특성이 부분적으로 극히 저하된 상태에서도 전체적인 단일 개소에서의 접지저항 측정값은 양호한 것으로 도출될 수 있다.

둘째, 접촉전압, 보폭전압 등은 낙뢰 등과 같은 자연재해나 지락 등과 같은 고장 또는 사고로 인하여 수kA 내지 수백kA의 전류가 유입되는 경우, 기기의 외함과 대지간 또는 보폭간에 유기되는 전압의 크기를 의미하나, 상기와 같은 사고전류를 인위적으로 주입하고 그에 따른 접촉전압 및 보폭전압을 측정하는 것은 현실적이지 못하거나 극히 실용적이지 못한 방법이라 할 수 있다.

이에 본 발명에서는 접지망(1)의 접지성능을 평가하는 방법으로 전력설비 등의 운전시 불가피하게 발생되는 누설전류 및/또는 불평형전류에 따른 대지전위에 대한 측정을 통하여 앞서 밝힌 바와 같은 구성을 통하여 접지망(1)의 특성을 진단할 수 있는 방법을 제시하고자 한다.

본 발명은 상기와 같은 구성을 통하여 전력설비 및 통신설비가 운전 중인 경우에도 접지저항을 정확하게 측정할 수 있으며, 접지망(1)에 부분적 고장이나 결함이 존재하거나 부분적으로 특성이 저하된 경우에도 그 고장, 결함이나 특성저하의 정도의 비교적 정확하게 측정하여 예방적으로 유지보수를 수행할 수 있도록 함으로써 궁극적으로 전력설비 및 통신설비의 안정성 및 신뢰성을 향상시킴은 물론 이차적으로 발생되는 감전사고 등을 예방할 수 있다.

1. 발전소 및 변전소의 접지망(1)의 면적을 도면을 통해 확인하고 무한원점(10)을 선정하는 작업이 가장 우선시 된다. 접지망(1)을 하나의 전위 점으로 보기 위해서 무한원점(10)의 타설은 접지망(1)의 외곽으로부터 접지망의 장변(2)의 3내지 5배 만큼의 거리에 해당하는 곳으로 선정하는 것이 바람직하다.

2. 기준점 전선(13), 비교점 전선(14),무한원점 전선(15)을 측정하고자 하는 장소까지 포설하는 작업을 한다. 단, 여기서 각 설비 측정 시 동일한 조건을 위하여 포설된 기준점 전선(13), 비교점 전선(14)의 길이는 측정 시 일정한 길이를 유지하는 것이 바람직하다.

3. 무한원점(10)을 GND로 하고 기준점 전선(13), 비교점 전선(14)을 전위(전압)측정계에 연결하여 기준전위(11)와 비교전위(12)를 동시에 측정한다. 이때 측정선의 길이가 대지전위의 측정에 영향을 주지 않게 하기 위해 대지전위 측정장비의 입력단 입력임피던스는 5MΩ이상으로 하여 전위측정에 오차를 최소화 한다.

4. 기준전위(11)와 각각 비교전위(12)에서 취득한 대지전위 데이터들은 FFT 분석을 통해 기본파인 60Hz부터 3고조파, 5고조파, 7고조파, 9고조파까지 분석한다.

5. FFT 분석된 대지전위 데이터를 이용하여 아래와 같이 계산으로 대지전위를 분석한다.

발전소 및 변전소의 접지망(1)위에 각각 위치한 전력설비 접지단자들(20, 21, 22, 23, 24, 25, 26)의 대지전위의 기준전위(11)와 비교전위(12)를 위와같이 분석하고, 그 비율 값들을 통합하여 그래프를 그리면 전력설비 시설의 접지망(1)의 대지전위 불균일 분포도를 확인할 수 있다. 또한, 기본파의 기준전위(11)에 대한 비교전위(12)의 비율이 115%를 초과할 경우 측정의 대상이 된 접지단자의 접지상태 를 고장으로 판단한다. 상기 판단비율 115%는 계측기를 포함하는 측정방법에 따른 오차 및 경험칙을 통하여 결정되어진 값이고, 이상의 측정 및 진단은 전력설비 또는 통신설비의 기본주파수와 제3고조파, 제5고자파, 제7고조파, 제9고조파 등에 대하여 별도로 수행될 수 있다.

도 1은 발명에서 제시한 대지전위 측정 관련 도면

도 2는 접지망(1)의 이상적인 균일한 대지전위 분포 도면

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

1 : 접지망 2 : 접지망 장변

10 : 무한원점 11 : 기준 전위

12 : 비교 전위 13 : 기준점 전선

14 : 비교점 전선 15 : 무한원점 전선

20 : 주변압기의 중성점 접지단자 21 : 주변압기의 외함 접지단자

22 : 발전기의 중성점 접지단자 23 : 발전기의 외함 접지단자

24 : 철골구조설비 접지단자 25 : 피뢰기 접지단자

26 : 각종 전력설비 접지단자

Claims (4)

1. 접지망(1)을 진단하는 방법에 있어서,

   (a) 상기 접지망(1) 외곽으로부터 접지망 장변(2)의 3 내지 5배만큼 이격된 어느 한 지점을 무한원점(10)으로 설정하는 단계;

   (b) 상기 접지망(1)에 접지된 주변압기의 중성점 접지단자(20)와 상기 무한원점(10) 간의 기준전위(11)를 측정함과 동시에 주변압기의 중성점 접지단자(20)를 제외한 상기 접지망(1)에 접지된 전력설비들의 접지단자들(20, 21, 22, 23, 24, 25, 26) 중 어느 하나와 상기 무한원점 간의 전위를 측정하는 비교전위(12) 측정단계;

   (c) 기준전위(11)에 대한 측정한 비교전위(12)의 비율이 115%를 초과할 경우상기 (b) 단계에서 측정의 대상이 된 접지단자의 접지상태를 고장으로 판단 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 접지망(1) 진단방법
2. 상기 청구항 1에 있어서,

   상기 (b)단계는 상기 접지단자들(20, 21, 22, 23, 24, 25, 26) 각각에 대하여 상기 비교전위(12) 측정을 수행하는 것임을 특징으로 하는 접지망(1) 진단방법
3. 상기 청구항 1에 있어서,

   상기 (b)단계에 있어서 주변압기의 중섬점 접지단자(20)를 주변압기의 외함 접지단자(21), 발전기의 중성점 접지단자(22), 발전기의 외함 접지단자(23), 피뢰기 접지단자(24) 중 어느 하나로 대체하는 것을 특징으로 하는 접지망(1) 진단방법
4. 상기 청구항 1에 있어서,

   상기 (b)단계에 있어서 상기 기준전위(11)와 상기 비교전위(12)의 측정을 위한 케이블의 길이가 동일한 것을 특징으로 하는 접지망(1) 진단방법

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