KR101806456B1 - 접지 임피던스 측정 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 접지 임피던스 측정 시스템에 관한 것으로, 상기 접지 시스템에 연결된 전류 보조 전극, 상기 접지 시스템에 연결되되 상기 전류 보조 전극과 90도의 각도로 배치된 전위 보조 전극, 상기 전류 보조 전극에 연결되어 형성된 인가 전류 리드선, 상기 전위 보조 전극에 연결되어 형성되고 상기 전류 보조 전극 리드선에 90도의 각도로 배치된 전위 보조 리드선, 상기 전위 보조 리드선에 형성되고, 상기 인가 전류 리드선과 상호 접속되어 상기 전위 보조 리드선과 상기 인가 전류 리드선의 임피던스 값을 0으로 보정하는 접지 전극을 포함하여, 0으로 보정된 상기 전위 보조 리드선과 상기 인가 전류 리드선의 임피던스 값을 이용하여 상기 접지 시스템의 접지 임피던스를 측정하는 것을 특징으로 한다. 이로 인해, 전위보조전극 리드선과 인가전류 리드선을 상호 접속하고 리드선의 임피던스 값을 영(0)으로 보정한 후 접지 시스템의 임피던스를 측정함으로써, 접지 시스템의 임피던스 측정시 리드선의 임피던스에 영향을 받지 않게 되어 접지 시스템의 성능 지표인 임피던스를 효율적으로 측정할 수 있다.

Description

접지 임피던스 측정 시스템{GROUND IMPEDANCE MEASUREMENT SYSTEM}

본 발명은 접지 임피던스 측정 시스템에 관한 것이다.

접지 시스템의 성능을 평가하는 지표의 하나로 접지저항이 널리 사용되고 있다. 이때, 상용주파수 전류로 접지 임피던스를 측정할 경우 일반적인 접지 시스템은 리액턴스 성분이 매우 작아서 무시할 수 있을 때 접지 임피던스를 접지저항으로 표현한다.

그러나, 접지 시스템의 규모가 크고 접지저항이 작은 경우 리액턴스 성분을 무시할 수 없으므로 접지저항만을 접지 시스템의 성능 판단을 위한 지표로서 사용하는 것은 규모가 큰 접지 시스템에 적절하지 않다.

특히, 접지 시스템이 상용주파수 접지전류만을 대상으로 하지 않고 뇌서지와 같이 높은 주파수 성분의 접지전류까지 고려해야 하는 경우에는 접지저항만으로는 접지 시스템 평가의 효용성이 떨어지게 된다.

접지 시스템에서, 접지저항이 낮더라도 강한 유도성에 의해 높은 주파수에서 접지 임피던스가 급격히 상승하거나, 접지저항이 높되 주파수가 증가하더라도 접지 임피던스가 그다지 증가하지 않는 경우가 있어, 접지저항만을 접지 시스템의 성능 평가의 지표로서 사용하는 것은 경제적 효율이 낮다.

따라서, 고주파 영역에서 접지 시스템의 성능을 평가하기 위한 지표로서 접지 임피던스를 적용하는 것이 접지저항만을 지표로서 사용할 때보다 효과적인데, 도 1을 참고로 하여 이를 좀더 자세히 설명하면, 통상의 접지 시스템에서 다양한 뇌서지(Lightning Surge) 전압, 전류 파형의 주파수 스펙트럼을 살펴보면, 뇌서지는 도 1에 도시한 것처럼 상용주파수(60㎐) 영역에 비해 높은 주파수 영역을 포함하고 있어, 뇌서지에서 접지저항에 의존한 접지 시스템에서는 그 응답특성을 예측하기 어렵다.

대한민국 등록특허공보 제0219981호

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 복수 개의 접지전극을 구비하여 접지 임피던스의 영점(0점)을 보정함으로써 접지 시스템의 성능 지표인 접지 임피던스를 효율적으로 측정하기 위한 것이다.

본 발명의 한 실시예에 따른 접지 임피던스 측정 시스템은 접지 시스템의 접지 임피던스를 측정하기 위한 접지 임피던스 측정 시스템에 있어서, 상기 접지 시스템에 연결된 전류 보조 전극, 상기 접지 시스템에 연결되되 상기 전류 보조 전극과 90도의 각도로 배치된 전위 보조 전극, 상기 전류 보조 전극에 연결되어 형성된 인가 전류 리드선, 상기 전위 보조 전극에 연결되어 형성되고 상기 전류 보조 전극 리드선에 90도의 각도로 배치된 전위 보조 리드선, 상기 전위 보조 리드선에 형성되고, 상기 인가 전류 리드선과 상호 접속되어 상기 전위 보조 리드선과 상기 인가 전류 리드선의 임피던스 값을 0으로 보정하는 접지 전극을 포함하여, 0으로 보정된 상기 전위 보조 리드선과 상기 인가 전류 리드선의 임피던스 값을 이용하여 상기 접지 시스템의 접지 임피던스를 측정하는 것을 특징으로 한다.

한 예에서, 상기 접지 전극은 상기 전위 보조 리드선에 복수 개 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 접지 전극은 상기 전위 보조 리드선의 길이에 비례하여 형성되며, 상기 전위 보조 리드선의 길이가 길수록 더 많은 개수만큼 상기 전위 보조 리드선에 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 인가 전류 보조선은 적어도 하나의 접지 전극을 포함하여 상기 인가 전류 보조선에 포함된 상기 접지 전극은 상기 인가 전류 보조선과 상기 전위 보조 리드선의 사이를 상호 접속하여 상기 인가 전류 보조선과 상기 전위 보조 리드선의 임피던스 값을 0으로 보정하는 것을 특징으로 한다.

상기 인가 전류 보조선의 길이에 따라 상기 인가 전류 보조선에 형성되는 접지 전극의 개수를 복수 개 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 전위 보조 리드선 및 상기 인가 전류 리드선의 길이는 30m 내지 200m인 것을 특징으로 한다.

이러한 특징에 따르면, 본원 발명의 한 실시예에 따른 접지 임피던스 측정 시스템에서, 전위보조전극 리드선과 인가전류 리드선을 상호 접속하고 리드선의 임피던스 값을 영(0)으로 보정한 후 접지 시스템의 임피던스를 측정함으로써, 접지 시스템의 임피던스 측정시 리드선의 임피던스에 영향을 받지 않게 되어 접지 시스템의 성능 지표인 임피던스를 효율적으로 측정할 수 있다.

도 1은 종래의 뇌서지 전압과 전류 파형의 주파수 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 접지 임피던스 측정 시스템의 개략적인 회로를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시에에 따른 접지 임피던스 측정 시스템의 개략적인 구조를 나타낸 블록도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 접지 임피던스 측정 시스템에 대해 설명한다.

먼저, 도 2를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 접지 임피던스 측정 시스템을 설명하면, 접지 임피던스 측정 시스템은 전류 보조 전극(C)(100)에 형성된 인가 전류 리드선(110)과 전위 보조 전극(P)(200)에 형성된 전위 보조 리드선(210)를 상호 접속하여 리드선의 임피던스를 영(0)으로 만든 후 본체 접지인 접지 시스템(300)의 임피던스를 측정한다.

그리고 이때, 도 2에 도시한 것처럼, 전위 보조 전극(P)(200)과 접지 시스템(300) 사이에는 적어도 하나의 접지 전극(220)이 형성되는데, 적어도 하나의 접지 전극(220)은 접지 전극(220)이 형성된 리드선인 전위 보조 리드선(210)과 전류 보조 전극(100)에 접속된 리드선인 인가 전류 리드선(110)을 상호 접속하여 전위 보조 리드선(210) 및 인가 전류 리드선(110)의 임피던스를 0으로 초기화한다.

적어도 하나의 접지 전극(220)이 리드선(110, 210)들의 임피던스 값을 0으로 보정함에 따라, 접지 시스템(300)의 접지 임피던스 측정 시 리드선(110, 210)들의 영향을 최소화할 수 있다.

그리고, 바람직한 예에서, 적어도 하나의 접지 전극(220)은 전위 보조 리드선(210)의 길이에 따라 한 개에서 전위 보조 리드선(210)의 길이가 길어짐에 따라 비례하여 복수 개 형성되는 것이 좋다.

그리고, 다른 한 예에서, 도 2에 도시하지는 않았으나 전류 보조 전극(C)(100)과 인가 전류 리드선(110) 사이에 적어도 하나의 접지 전극을 형성하여, 전류 인가 리드선(110)과 전위 보조 전극(P)(200)에 접속된 리드선인 전위 보조 전극 리드선(210)을 상호 접속하여 리드선(110, 210)들의 임피던스 값을 0으로 보정한다.

이처럼, 적어도 하나의 접지 전극(220)이 전위 보조 리드선(210) 또는 인가 전류 리드선(110)에 길이에 비례하여 형성되고, 두 리드선을 상호 접속하여 접지 전극을 통해 두 리드선의 임피던스 값을 0으로 보정함으로써, 접지 시스템(300)에서 접지 임피던스를 산출할 때 리드선(110, 210)의 임피던스 영향을 최소화하여 접지 시스템(300)의 성능 측정을 효율적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.

이때, 접지 임피던스 측정 시스템의 구조를 좀더 자세히 설명하면, 전류 보조 전극(C)(100)에 전류 프로브(CP, current probe)인 인가 전류 리드선(110)이 형성되고, 전위 보조 전극(P)(200)에 전위 프로브(PP, potential probe)인 전위 보조 리드선(210)이 형성되며, 전류 보조 전극(C)(100)과 전위 보조 전극(P)(200) 사이의 상호 유도에 의한 오차를 줄이기 위해 90˚의 각도로 배치되어 두 전극(C, P)(100, 200) 사이를 측정하는 것이 좋다.

한 예에서, 인가 전류 리드선(110) 및 전위 보조 리드선(210)의 길이는 30m 내지 200m일 수 있다.

그리고, 전위 보조 리드선(210)은 전류 보조 전극(C)(100)과 전위 보조 전극(P)(200) 사이의 상호 인덕턴스 커플링을 최소화하기 위해 인가 전류 리드선(110)에 비해 90˚의 각도로 설치된다.

그리고 이때, 전위 보조 전극(P)(200)과 절연 분리된 고임피던스 전압계(500)는 접지 시스템과 전류 보조 전극(C)(100) 사이의 측정 전류인 테스트 전류(Is)에 의한 전압(Vs)을 측정한다.

한 예에서, 전류 보조 전극(C)(100) 또는 전위 보조 전극(P)(200)이 접지 시스템(300)으로부터 떨어진 거리가 접지 시스템(300)의 크기의 6.5배인 경우, 접지 임피던스를 최대한으로 산출하기 위해 접지 전극의 전압(Vs)의 최대값, 즉, 최대 전위 상승 값을 얻어야 한다.

이때, 접지 전극의 최대 전위 상승 값을 얻기 위해서는 접지 시스템의 전위 상승이 접지 시스템(300)으로부터 테스트 전류(Is)가 일정하다고 가정했을 때 전위 보조 전극(200)과 접지 시스템(300) 사이의 거리를 증가시키고 전위 보조 전극(200)의 변화를 측정하고, 전위 보조 전극(200)도 접지 시스템(300)으로부터 거리를 이격시켜야 한다.

이에 따라, 접지 임피던스는 다음의 식 1로부터 산출된다.

[식 1]

전류 보조 전극(100)과 인가 전류 리드선(110) 사이에 형성되는 접지 전극은 전위 보조 리드선(210)에 형성되는 접지 전극(220)처럼 인가 전류 리드선(110)의 길이에 따라 비례하여 복수 개 형성될 수 있다.

이처럼 리드선에 적어도 하나의 접지 전극(220)을 형성하여 임피던스를 보정하는 본 발명의 한 실시예에 따른 접지 임피던스 측정 시스템의 구조를 도 3을 참고로 하여 설명하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 접지 임피던스 측정 시스템은 도 3에 도시한 것처럼, 리드선 길이 설정부(410), 전류 인가부(420), 연산부(430), 그리고 설정부(440)를 포함한다.

리드선 길이 설정부(410)는 리드선의 길이를 입력받아 설정하는데, 전위 보조 전극 리드선(210)의 길이 및 인가 전류 리드선(110)의 길이를 각각 따로 입력받아 각각의 리드선에 대한 길이로서 저장한다.

그리고, 전류 인가부(420)는 전위 보조 전극 리드선(210)과 인가 전류 리드선(110)이 상호 접속되었을 때 100Hz~1MHz의 고주파 전류를 인가한다.

연산부(430)는 전류 인가부(420)가 인가한 고주파 전류에 의해 리드선(110, 210)에서 측정되는 임피던스 값을 0으로 보정한다. 이때, 리드선(110, 210)에 형성된 적어도 하나의 접지 전극(220)에 의해 두 리드선(110, 210)이 상호 접속되어 임피던스 값이 0으로 초기화된다.

그리고, 설정부(440)는 연산부(430)에 의해 0으로 보정된 두 리드선(110, 210)의 임피던스 값을 실제 고주파 접지 임피던스 측정시 적용한다. 이때, 접지 시스템(300)의 접지 임피던스를 측정함에 있어서, 연산부(430)가 때 두 리드선(110, 210)의 임피던스 값을 0으로 보정하고, 설정부(440)는 보정된 임피던스 값을 접지 시스템의 접지 임피던스 측정 시 적용하므로, 접지 시스템(300)의 접지 임피던스 측정은 두 리드선(110, 210)의 임피던스 영향을 받지 않게되어 정확한 접지 임피던스 측정이 가능하다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100 : 전류 보조 전극 110 : 인가 전류 리드선
200 : 전위 보조 전극 210 : 전위 보조 전극 리드선
220 : 접지 전극 300 : 접지 시스템
410 : 리드선 길이 설정부 420 : 전류 인가부
430 : 연산부 440 : 설정부
500 : 전압계

Claims (6)

1. 접지 시스템의 접지 임피던스를 측정하기 위한 접지 임피던스 측정 시스템에 있어서,
   상기 접지 시스템에 연결된 전류 보조 전극,
   상기 접지 시스템에 연결되되 상기 전류 보조 전극과 90도의 각도로 배치된 전위 보조 전극,
   상기 전류 보조 전극에 연결되어 형성된 인가 전류 리드선,
   상기 전위 보조 전극에 연결되어 형성되고 상기 전류 보조 전극 리드선에 90도의 각도로 배치된 전위 보조 리드선, 그리고
   상기 전위 보조 리드선에 형성되고, 상기 인가 전류 리드선과 상호 접속되어 상기 전위 보조 리드선과 상기 인가 전류 리드선의 임피던스 값을 0으로 보정하는 접지 전극
   을 포함하여,
   0으로 보정된 상기 전위 보조 리드선과 상기 인가 전류 리드선의 임피던스 값을 이용하여 상기 접지 시스템의 접지 임피던스를 측정하는 것을 특징으로 하는 접지 임피던스 측정 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 접지 전극은 상기 전위 보조 리드선에 복수 개 형성되는 것을 특징으로 하는 접지 임피던스 측정 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 접지 전극은 상기 전위 보조 리드선의 길이에 비례하여 형성되며, 상기 전위 보조 리드선의 길이가 길수록 더 많은 개수의 상기 접지 전극이 상기 전위 보조 리드선에 구비되는 것을 특징으로 하는 접지 임피던스 측정 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 인가 전류 보조선은 적어도 하나의 접지 전극을 포함하여 상기 인가 전류 보조선에 포함된 상기 접지 전극은 상기 인가 전류 보조선과 상기 전위 보조 리드선의 사이를 상호 접속하여 상기 인가 전류 보조선과 상기 전위 보조 리드선의 임피던스 값을 0으로 보정하는 것을 특징으로 하는 접지 임피던스 측정 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 인가 전류 보조선의 길이에 따라 상기 인가 전류 보조선에 형성되는 접지 전극의 개수를 복수 개 형성하는 것을 특징으로 하는 접지 임피던스 측정 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 전위 보조 리드선 및 상기 인가 전류 리드선의 길이는 30m 내지 200m인 것을 특징으로 하는 접지 임피던스 측정 시스템.

Images