KR101880583B1

KR101880583B1 - 중성선 다중접지 환경에서 누전원 탐사장치 및 방법

Info

Publication number: KR101880583B1
Application number: KR1020160043798A
Authority: KR
Inventors: 이현창
Original assignee: 이현창
Priority date: 2015-07-11
Filing date: 2016-04-10
Publication date: 2018-07-20
Also published as: KR20170007696A; KR20170007686A; KR20180118097A; KR101912875B1; KR20180083837A

Abstract

본 발명은 중성선 공용접지 전력망에서 전력선의 누전구간 탐사를 위해 기존의 전류측정 방식이 아닌 누전전류가 귀환되는 PEN의 중성선과 원격접지간 전압변동율을 측정하여 누전의심 구간을 파악하고 그 구간 내에서 있는 전력선의 매설경로를 따라 누전점을 탐사하는 장치 및 방법을 제시하여,
이전 기술과 같이 전력선 PEN 장소 출입없이 노출된 등전위 도전체 또는 인근 고객설비에서 대지접지된 중성선 전압을 구하고 원격접지와 전압차 변동율을 구하여 누전의심 구간을 판정하고, 그리고 벡터합 전류를 측정하기 위해 전력선의 구성을 사전에 파악할 필요없이 상기 전압차 변동율이 낮은 전력선 PEN에 한해서 전력선 매설경로를 추적하여 대지전위를 측정하여 누전점을 파악 가능하다.
이와 같이 누전전류의 귀환점이 되도록 설계된 PEN의 인근 고객설비 등에서 대지전위가 상승되어 전압 변동율이 낮은 개소를 누전탐사 대상으로 한정, 축소하여 대지 상에서 누전탐사하여 누전원을 제거할 수 있는 발명이다.
특히 우리나라와 같이 중성선 단독접지에서 공용접지 환경으로 변경되어 많은 수의 중성선 비접지 고객설비에서 대지전위 상승여부를 측정하여 누전의심 구간을 쉽게 파악하고 그 구간내에서 있는 전력선에 한정하여 집중탐사할 수 있어 효율적이고 경제적인 누전탐사가 가능하다.

Description

중성선 다중접지 환경에서 누전원 탐사장치 및 방법{The apparatus and method to locate the leaking point efficiently under TN-C environment}

본 발명은 전력선의 중간에서 중성선을 대지 접지하는 다수 개의 "전력선 PEN"(Protective Earthed Neutral)을 가진 중성선 다중접지(MEN, Multiple Earthed Neutral)환경에서 효율적인 누전탐사를 위해 탐사 대상을 한정할 수 있도록 누전의심 구역(Suspicious earth leaking area)과 누전원 정보를 제공하는 장치 및 방법에 관한 발명이다.

대한민국 특허 제10-0778089호는 도심의 다중 변압기 설치장소에서의 지중 저압 회선 탐사 시스템 및 방법,

대한민국 특허 제10-0816101호는 활선 상태에서의 누전 탐사 장치,

대한민국 특허 제10-1511624호는 중성선 비접지 저압망 점검방법

대한민국 특허 10-1559533은 이동식 누전 탐사 장치 및 방법,

그리고 비특허 문헌으로 전력신기술 제56호가 있다.

본 발명은 전술한 배경 기술에 대응하여 안출된 것으로, 누전탐사를 시행할 경우 시간 및 예산의 소요를 최소화할 수 있는 경제적이고 효율적인 누전탐사 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 중성선 다중 공용접지되어 운전중인 전력망의 누전점을 탐사하기 위하여 PEN에서 전류 측정방식으로 누전의심 구간을 판정하는 이전 기술의 탐사오류 발생 문제점을 해결하기 위하여,
지표면 상의 임의의 지점인 측정점 a와 연결되는 전극; 상기 측정점 a와 상이한 지표면 상의 임의의 지점인 측정점 b와 연결되는 전극; 저항값을 변경할 수 있는 상기 측정점 a 및 상기 측정점 b 사이의 경로와 병렬로 연결된 저항 어레이; 상기 측정점 a 및 상기 측정점 b 사이의 전압 변동율을 측정하기 위해 상기 측정점 a 및 상기 측정점 b 사이의 경로와 병렬로 연결된 상기 저항 어레이의 값을 변경하는 임피던스 설정부; 상기 측정점 a 및 상기 측정점 b 사이의 경로 및 상기 측정점 a 및 상기 측정점 b 사이의 경로와 병렬 연결된 저항 어레이 양단의 전압을 측정하는 전압측정부; 상기 저항 어레이 양단의 전압을 디지털로 변환하는 ADC부; 상기 임피던스 설정부의 저항값에 따라 상기 ADC부에서 디지털로 변환된 전압 신호 중 전력주파수 신호의 변동율을 표시하는 표시부;를 포함하고, 상기 전력주파수 신호의 변동율이 최저점인 위치를 누전의심 구간으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
대안적으로, 측정된 전압 신호 중 전력주파수 신호만을 통과시키는 대역통과 필터; 를 더 포함하고, 상기 표시부는, 측정된 전압 신호와 상기 대역통과 필터의 신호를 비교하여 전력주파수 신호의 함유율을 더 표시하는 것을 특징으로 한다.
대안적으로, 상기 임피던스 설정부는, 토지저항, 포장층 저항 및 전극과 지표면간 접촉저항 중 적어도 하나 이상을 포함하는 Rp의 크기에 비례하여 상기 저항 어레이의 값을 변경하여 연결하는 것을 특징으로 한다.
대안적으로, 지표면 상의 임의의 지점인 측정점 a 및 상기 측정점 a와 상이한 지표면 상의 임의의 지점인 측정점 b를 전극으로 연결하는 단계; 임피던스 설정부에 의해 상기 측정점 a 및 상기 측정점 b 사이의 경로와 병렬로 연결된 저항 어레이의 값을 변경하는 단계; 전압 측정부에 의해 상기 측정점 a 및 상기 측정점 b 사이의 경로 및 상기 측정점 a 및 상기 측정점 b 사이의 경로와 병렬 연결된 상기 저항 어레이 양단의 전압을 측정하는 단계; ADC부에 의해 상기 저항 어레이 양단의 전압을 디지털로 변환하는 단계; 표시부에 의해 상기 임피던스 설정부의 저항값에 따라 상기 ADC부에서 디지털로 변환된 전압 신호 중 전력주파수 신호의 변동율을 표시하는 단계; 그리고 상기 전력주파수 신호의 변동율이 최저점인 위치를 누전의심 구간으로 설정하는 것을 특징으로 하는 단계; 를 포함한다.
대안적으로, 상기 측정점 a는 고객설비에서 대지접지된 AC 상용전원 1선이고, 상기 측정점 b는 원격접지인 것을 특징으로 한다.
대안적으로, 상기 누전의심 구간을 설정한 후, 상기 누전의심 구간 내의 측정점 a를 PEN의 대지접지 AC 상용전원 1선으로 하고 상기 누전의심 구간 내의 측정점 b를 이동 위치의 지표면으로 하여, 상기 전력주파수 신호의 변동율이 최저인 곳을 누전점으로 파악하는 단계; 를 더 포함한다.

본 발명에 따르면, 중성선 다중 공용접지 환경에서, 누전의심 구간을 판정하기 위해 맨홀과 같은 폐쇄된 장소에 출입하여 전력선에 접근하여 전류 측정하지 않고, 누전전류의 귀환점이 되는 변압기 및 전력선 PEN또는 인근에서 중성선과 원격접지간 전압을 측정하여 누전원 파악 후 누전의심 구역 정보를 제공하여 누전점 탐사 대상을 한정, 축소할 수 있도록 하여 안전하고 경제적이며 또한 효율적인 누전점 탐사 가능하도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 중성선 전류 일부가 우회하여도 전류가 아닌 전압 측정하여 정확하게 누전 의심 PEN과 누전원을 파악하여, 누전점을 사전에 제거할 수 있어 감전사고 예방으로 국민생활 안전 향상효과가 있다.
본 발명은 전력선 중성선 접지(PEN)장소를 출입하지 않고 대지 상에서 누전발생 여부와 누전의심 구간을 전압측정으로 간단히 판정할 수 있어 작업자 안전사고 예방과 시간과 인건비를 절감할 수 있는 경제적인 누전탐사 효과가 있다.
본 발명은 전력선의 중성선 전압 확보가 곤란한 장소에서 인근 고객설비에서 대지전위 상승전압 측정하여 원격접지를 연결하기 위한 전선을 포설할 필요가 없어 보행인과 차량 통행에 지장을 주지않고 누전탐사할 수 있는 효과가 있다.

[도 1]은 중성선 비접지 환경에서 누전탐사 3단계 시행 업무흐름도
[도 2]는 변압기 PEN만을 가진 중성선 비접지 구성을 설명하는 설명도
[도 3]은 중성선 비접지 환경에서 전력선 누전구간을 판정하기 위한 설명도
[도 4]는 전력선 누전구간을 판정하기 위해 전류벡터합을 측정하는 모습을 나타내는 사진도
[도 5]는 전력선 조합에 따라 전선 4가닥을 동시에 측정하여 전류벡터합을 측정하는 모습을 나타내는 사진도
[도 6]은 중성선 비접지 환경에서 전력선 누전구간 판정 설명도
[도 7]은 중성선 비접지 환경에서 전력선 누전점 탐사 설명도
[도 8]은 중성선 다중접지 구성 설명도
[도 9]는 중성선 다중접지 구성에서 전류벡터합 등을 측정한 결과도
[도 10]은 중성선 다중접지 환경에서 전류벡터합과 누전전류 관계 설명도
[도 11]은 이동형 누전탐사 장치를 사용하여 누전점을 탐사하는 모습을 나타내는 사진도
[도 12]는 AC 상용전원 대지전위 탐사장치 및 DC 대지전압 탐사장치를 나타내는 개략도
[도 13]은 누전탐사 제 3단계인 누전점 탐사 시행도
[도 14]는 이동형 누전 탐사장치를 사용하여 누전점을 탐사하는 모습을 나타낸 도면
[도 15]는 이동식 모바일 누전탐사장치의 구성도
[도 16]은 전력선 PEN을 가진 중성선 공용접지구성도
[도 17]은 중성선 공용접지 이전과 이후의 전력선 PEN 시공사례를 나타내는 사진도
[도 18]은 지중에서 전력선 누전시, 누전장소(누전원)에서 전력선 PEN간의 AC 상용전원 대지전위 전압분포를 나타내는 도면
[도 19]는 대지면과 접촉된 두개의 바퀴전극간 AC 상용전원 대지전위를 측정하는 구성을 나타내는 도면
[도 20] 전극간 양단 대지 전위차 V1을 구하는 것을 설명하는 도면
[도 21] 중성선 다중접지 환경에서 누전전류의 귀환점이 되는 전력선 PEN에서 중성선 전압을 가진 맨홀뚜껑을 측정점 한 전극으로 하고 반대편 전극을 누전원 근처 대지와 전압 V2, 원격접지 중 고객접지와 전압 V3, 가로등주와 전압 V4를 측정하는 것을 설명하는 도면
[도 22] 누전원을 찾기 위해 전력선 PEN 금속함체와 지표면간 V2를 측정하고 있는 모습을 나타내는 사진도
[도 23] 누전원이 존재하는 장소에서 전력선 PEN의 금속체의 중성선 전압과 원격접지 중 고객접지 또는 가로등주와 전압 V3, V4를 측정하는 회로를 설명하는 도면
[도 24] V3, V4를 측정할 때 AC 상용전원 대지전위 전압의 크기는 원격접지와 전력선 PEN간의 대지저항(Rg)의 크기에 비례한다는 것을 보여주는 도면
[도 25] 전기사업자의 전력선은 중성선 접지방식으로 변경되었지만, 고객설비와 인입점간에 보호접지선이 설치되지 않은 구성을 나타내는 도면
[도 26} 전력선 PEN의 금속체 외함이 FRP 등으로 절연된 상태를 나타내는 사진도
[도 27] 중성선 비접지 고객설비에서 실제 측정 모습을 나타내는 사진도
[도 28] [도 14]에서 벡터합 전류가 8A 이상이었던 PEN 4(R665) 인근 고객설비에서 0.7V 전압이 측정된 것을 나타내는 도면
[도 29] 변압기 근처 PEN 1(J66A) 인근 고객설비에서는 0.2V의 전압이 측정되었음을 나타내는 도면
[도 30] 실제 누전이 발생하지 않았는데도 중성선과 대지접지간 AC 상용전원 대지전위 전압이 상승되는 경우가 있어 이를 분석한 결과, 실제 누전과 관계없는 고조파 성분에 의해 상승되는 경우를 나타내는 도면
[도 31] 실제 누전점 근처에서는 60Hz 성분의 전압이 주를 이루고 있음을 보여주는 도면
[도 32] 본 발명에 따른 누전원 탐사장치를 설계하기 위한 고려 사항 등을 설명하는 설명도
[도 33] 전력선 PEN의 중성선 전압과 원격접지간 AC상용전원 대지전위 측정하는 것을 설명하는 설명도
[도 34] 측정점 1점(측정점 b)을 전력선 PEN의 중성선으로 하고 나머지 1점(측정점 a)을 지표면 또는 원격접지와 연결하여 선택하여 측정할 수 있도록 복수개의 고저항 어레이들을 가지고 값을 변경할 수 있는 지표면 측정모드와, 저저항 어레이들을 가진 대지접지 모드를 가져 AC상용전원 대지전위를 지표면 또는 원격접지에서 측정하여 누전의심 구역을 파악할 수 있도록 하는 것을 설명하는 설명도
[도 35] 본 발명에 따른 누전원 탐사장치의 내부 구성도
[도 36] 실제 누전원 탐사장치를 사용하여 누전의심 구간 및 누전원을 파악한 결과도
[도 37] 측정점 위치별 내부저항 값에 따라 대지전위 값의 변동내역을 나타낸 결과도
[도 38] [도 37]의 측정값 결과에 따라 함유율과 변동율을 측정점 위치별 결과를 보여주는 결과도
[도 39] PEN에서 변동율을 구하여 누전구간을 판정하는 모습을 나타낸 사진도
[도 40] 누전의심 구간판정에 대한 업무흐름도
[도 41] 누전의심 구역 탐사에 대한 업무흐름도
[도 42] 누전구역 내 누전점 탐사에 대한 업무흐름도

이전 기술에서 전력선 누전탐사는 [도 1]과 같이 3단계로 구분할 수 있으며 제 1단계는 전력선 누전여부 판정단계, 제2단계는 전력선 누전의심 구간 판정단계, 그리고 마지막으로 누전점을 탐사하는 3단계 과정을 거치게 된다.
더욱 상세하게는 [도 2]와 같이 전기사업자는 배전용 변압기로부터 3상 Y결선 구성의 경우 4가닥의 전력선을 이용하여 고객에게 전력을 공급하고 있고, 이 중 1가닥의 전력선을 N상 단자와 연결하고 대지접지하여 나머지 3가닥 전압 전력선과 상전압 평형을 유지하도록 하여 고객에게 부하전류를 공급하고 있다. 이렇게 대지와 최소 1곳에서 대지와 접지되어 안정적인 기준전압(0V)을 제공하는 전력선을 "중성선"이라 한다.
[도 2]에서 변압기 N상 단자에 연결된 중성선은 고객까지 대지와 절연되고, 오로지 변압기 내부에서 N상 단자와 대지접지를 연결하는 "변압기 PEN"을 가져, 변압기에 연결되어 전력을 공급하는 전압 전력선에서 누전이 발생하면 누전전류는 대지를 통해 상기 변압기의 대지접지에 도달하고 다시 "변압기 PEN"을 거쳐 변압기 N상 단자로 유입되는 단일 누전전류 귀환경로를 갖도록 설계되었다.
변압기 N상 단자와 대지접지를 연결하는 "변압기 PEN"을 보통 "편조선"이라 부르며 전력선 누전발생 장소에서 대지로 흘러나온 누전전류는 변압기의 대지접지에 도달하여 편조선을 거쳐 변압기 권선의 중성점(Xo)으로 귀환하게 된다.
이에 따라 누전장소에서 변압기 중성점으로 귀환되는 누전전류는 편조선에 흐르는 전류와 같고, 만약 편조선에서 전류가 검출된다면 누전탐사 제 1단계에서 해당 변압기에 연결된 미지의 전력선에서 누전이 발생하고 있다고 판정한다.
누전탐사 제 1단계에서 전력선에 누전이 발생하고 있다고 판정되면, 누전탐사 제2단계에서 변압기에 연결된 전력선 중에서 누전이 발생하고 있는 전력선을 구별하고 구간별 누전전류를 측정하여 누전발생 의심구간을 판정한다.
[도 3]은 전력선의 조합에 따라 4선(3상) 또는 2선(단상)의 전압선에 흐르는전류의 벡터합을 구하는 것을 설명하고 있다. 중성선 비접지 환경에서는 중성선 전류가 해당 전력외 다른 경로로 흐를 수 없어, 전력선에 흐르는 전류의 벡터합 값은 측정위치 이후 부하방향 전력선에 발생하는 누전전류 값과 같다고 할 수 있다.
누전탐사 1단계에서 변압기 편조선 전류가 검출되어 변압기에 연결된 전력선 중 하나 이상의 전력선에 누전 발생하고 있다고 판정하고, 누전발생 전력선을 파악하기 위하여 각 전력선 조합에 흐르는 전류 벡터합을 측정하여 편조선 전류 크기의 누전전류를 가진 전력선을 누전의심 전력선으로 판정한다. 누전의심 전력선의 설치경로를 따라 부하 측으로 이동하며 맨홀과 같은 구조물에 출입하여 전원 및 부하 방향의 전력선에 흐르는 전류 벡터합을 [도 4], [도 5]와 같이 측정하여 누전의심 구간을 파악한다.
[도 6]은 누전의심 전력선이 설치된 구조물에서 누전전류를 측정하여 누전의심 구간을 판정하는 실례를 보여주고 있다. 즉 편조선 전류가 0.5A 검출되어 변압기에 연결된 미지의 전력선에서 누전이 발생하고 있다고 판정되면 변압기에 연결된 모든 전력선의 누전전류(Ion)을 측정하여 누전의심 전력선을 파악한다.
변압기에서 누전의심 전력선이 파악되었으면 설치경로를 따라 부하방향으로 이동하며 경과하는 구조물에서 전원측 누전전류(IonS) 및 부하측 누전전류(IonL)를 측정하여 측정점 위치 이후의 전력선에서 누전발생 여부를 확인한다. [도 6]에서는 구조물 2의 부하측 누전전류(Io2L)는 검출되었지만 구조물 3의 전원측 누전전류(Io3S)는 검출되지 않아 마지막 누전전류가 검출되었던 구조물 2의 부하측 이후와 맨 처음 누전전류가 검출되지 않았던 구조물 3의 이전(전원측) 사이에서 누전이 발생하고 있다고 판단하여 이 구간을 누전의심 구간으로 판정한다.
[도 7]은 전력선의 누전의심 구간의 대지에서 누전탐사 제 3단계인 누전점 위치를 탐사하는 단계이다. 변압기 편조선을 제거하고 X0(N상)와 대지접지와 연결되는 단자에 누전점 탐사용 신호전압을 인가하여 변압기에 연결된 전력선에 누전탐사 신호를 보내고, 상기 누전의심 구간으로 이동하여 대지에서 상기 누전탐사 신호가 검출된 곳을 누전점으로 판정하고 누전탐사 업무를 마치게 된다.
그러나 [도 2]와 같이 변압기 PEN만을 가져 전력선 중성선 비접지되어 변압기에서 편조선 전류 측정만으로 전체 전력선의 누전 여부를 관리할 수 있는 장점이 있으나, 누전점과 변압기 PEN까지 거리에 비례하여 대지저항이 증가하게 되고 만약 전력선 말단에서 누전 시 대지저항에 의해 누전전류가 변압기 PEN으로 귀환될 수 없는 경우가 발생하여 누전탐사 제 1단계에서 누전여부를 검출하지 못해 누전원이 제거되지 못하는 경우가 발생하여 누전전압에 의한 감전위험이 상존하게 된다.
변압기 PEN 단독 접지방식에서 누전탐사 제 1단계에서 누전원과 변압기 PEN간 거리에 따른 영향을 줄이기 위해, [도 8]과 같이 변압기뿐 아니라 전력선에서도 중성선을 최소한 1곳에서 대지 접지하는 "전력선 PEN"을 갖도록 하여 만약 전력선 누전 발생시 누전전류가 이전과 다르게 변압기가 아닌 제일 가까운 전력선 PEN으로 귀환되도록 하여 귀환거리(저항)를 단축하였다.
전력선 PEN이 추가되어 누전전류가 더 이상 변압기 PEN으로만 귀환하지 않고 가장 가까운 전력선 PEN을 통해 변압기 중성점(Xo)으로 귀환하도록 변경되었다.
그러나 전력선 중성선 다중접지로 누전전류 귀환거리를 단축하여 감전 발생위험 가능성을 낮출 수 있는 장점을 가진 반면, 누전전류 귀환이 단일경로가 아닌 다수의 전력선 PEN으로 귀환될 수 있어 전력선의 누전여부와 누전구간을 판정하는 것이 이전처럼 단순하지 않게 되었다.
이러한 환경변화에도 불구하고 누전여부와 누전의심 구간을 판정하는 장치 및 방법이 제시되지 않이 기존 누전탐사 기술을 새로운 접지환경에서 그대로 사용하고 있는 실정이다.
[도 9]는 1개의 변압기 PEN(PEN 0)과 10개의 전력선 PEN(PEN 1 ~ PEN 10)을 가진 중성선 다중접지 환경에서 기존의 누전탐사 기술인 누전탐사 제 1단계에서 변압기 편조선 전류가 누전판정 문턱값인 200mA 이하인 56mA가 흘러 전력선 누전이 없다고 판정된 경우이다.
비록 편조선 전류가 낮아 누전탐사 1단계에서 전력선 누전이 없다고 판정되었지만 과연 기존 기술을 신접지 환경에서 적용 시 누전탐사 판정결과의 정확성을 검증하기 위해 누전탐사 제 1단계 판정을 무시하고 전체 전력선의 구조물에서 누전탐사 제2단계를 시행하였다. 이를 위해 모든 전력선 PEN에서 [도 10]과 같이 전원 및 부하측 전류벡터합과 접지전류를 측정하였고 그 결과를 [도 9]에 정리하였다.
누전탐사 제 2단계인 누전의심 구간을 파악하기 위해 [도 4], [도 5]처럼 전체 맨홀에 출입하여 폐쇄된 지하공간에서 복잡하게 엮인 전력선에서 부하전류 등을 측정하여 누전원인을 파악하는 작업은 열악한 작업환경 및 감전 위험 등으로 기피하는 작업 중의 하나이다.
[도 9]와 같이 10개 전력선 PEN에 출입하여 전력선의 전류벡터합을 측정한 결과 전력선 PEN 2(J668)와 전력선 PEN3(R664) 사이에 4.72A, 전력선 PEN 2(J668)와 전력선 PEN 4(R665) 사이에 약 8A의 전류가 검출되고 나머지는 50mA 이하가 검출되어 무시하였다.
누전탐사 제 2단계 판정결과 누전구간으로 의심되는 두 개 구간(전력선 PEN 2 - PEN 3, PEN 2 - PEN 4)에서 출원인의 대한민국 등록특허 10-1559533인 [도 11]의 바퀴전극을 가진 이동형 누전탐사 장치를 사용하여 [도 12]의 AC 상용전원 대지전위 탐사장치 및 DC 대지전압 탐사장치 기능을 사용하여 [도 13] 순서대로 누전탐사 제 3단계인 누전점 탐사 시행하였으나 누전의심 구간 내에서 누전점이 검출되지 않았다.
또한 추가 검증을 위해 누전점이 검출되지 않은 2개 누전의심 구간을 제외한 10개의 전력선 PEN에 연결된 전력선 매설구간에서 매설경로를 따라 [도 11]의 이동형 누전탐사 장치를 사용하여 누전점 탐사한 결과, 무시할 정도의 적은 28mA 벡터합 전류가 검출되었던 전력선 PEN 2(J668)- PEN 5(R666) 구간의 한 곳, [도 14]의 도면 하단 "누전점"이라 표시된 곳, 에서 누전신호를 검출하였고 굴착한 결과 전력선 절연불량에 의해 누전이 발생하고 있음을 확인하였다.
이전 누전탐사 1, 2단계 판정 기술을 전력선 PEN을 가진 중성선 공용접지 환경에서 적용할 경우 정확도가 낮아 현장에서 이를 무시하거나 생략하고, 바로 대지 상에서 [도 15]와 같이 이동식 모바일 누전탐사 장치를 이용하여 누전에 의해 AC 상용전원 대지전위가 상승된 곳을 이동하며 찾고 있다.
사전 전력선 정보를 파악하지 않고 [도 13]의 순서와 달리, 즉 전력선 매설경로를 무시하고, 바퀴전극이 달린 차량을 자유 이동하며 대지와 접촉된 두 개의 전극간 AC 상용전원 대지전위를 측정하여 기존 기술에서 제 3단계인 누전점 위치를 탐사하고 있으나 AC 상용전원 대지전위 상승된 최고점 위치와 누전점 위치가 항상 일치하지 않다는 것을 알게되었다.
종합하면, 변압기 및 전력선 PEN을 가진 전력선 중성선 다중접지 환경에서 기존 누전탐사 제 1단계 기술인 변압기 편조선 전류 측정만으로 변압기에 연결된 전력선의 누전발생 여부를 정확히 판정할 수 없고, 또한 기존 누전탐사 제 2단계인 누전의심 구간을 구조물에서 방향별 전류 벡터합을 측정하여 판정한 결과도 정확하다고 할 수 없다.
이에 따라 기존 기술을 사용하여 중성선 접지환경에서 누전탐사 제 1, 2단계를 시행하고 있으나 판정결과를 신뢰하지 못해 정상적인 전력선 누전탐사가 이뤄지지 못하고 있다.
중성선 비접지 환경에서 기존 누전탐사 기술은 최종 단계인 누전점 탐사 이전에, 누전탐사 제 1, 2단계를 시행하여 누전점 탐사 대상을 누전의심 구역으로 한정, 축소하여 경제적이며 효율적인 누전탐사가 가능하였으나, 중성선 접지 환경에서는 누전점 탐사대상을 축소, 한정할 수 있는 기술이 제시되지 않아 전체 전력선을 대상으로 누전점 탐사를 시행하고 있다.
모든 전력선을 대상으로 [도 13]과 같이 전력선에 누전탐사 신호를 연결하고 매설경로를 따라 이동하며 대지에서 AC 상용전원 및 DC 대지전위 상승 위치를 파악하는 누전탐사를 시행할 경우 시간 및 예산이 엄청나게 소요되어 실질적인 누전탐사가 이뤄지지 못하고 있다.
변압기는 물론 전력선을 포함한 임의의 복수 장소에서 누전이 발생하여도 귀환거리가 단축되어 저항이 낮춰진 대지를 통해 신속히 누전전류가 귀환되도록 하여 감전위험 전압을 제거할 수 있도록 중성선 접지(PEN), 지표면 아래 축방향으로 매입된 도전체와 전력선의 1선 전압을 연결, 된 변압기및 전력선 PEN을 갖는 국제규격인 IEC-60364와 IEC-61936 등에 따라 기존 비접지 운전되었던 전력선의 중성선을 [도 16]과 같이 전력선 PEN에서 대지접지하고 [도 17]과 같이 중성선과 맨홀 뚜껑과 같은 도전체를 등전위 본딩 시공하고 있다.
중성선 접지 환경에서 전력선 매설경로를 따라 이동하며 누전점을 탐사하는 모바일 누전 탐사장치가 대한민국 특허 10-1559533에서 제시되었으나, 기존 기술의 누전탐사 제 1, 2단계와 같이 전력선의 매설경로를 따라 이동하며 누전점을 탐사하기 이전에 누전탐사 대상을 축소할 수 있는 기술이 제시되지 않았다. 누전탐사 대상을 축소하지 못하고 전체 전력선을 대상으로 탐사장치를 연결하고 매설경로를 따라 대지전위를 측정하기에는 시간과 경비가 많이 소요되어 실질적인 누전탐사가 이뤄지지 못하고 있는 실정이다.
또한 [도 15]와 같이 차량의 바퀴전극을 이용하여 누전탐사 장치 연결없이 광역지역을 자유 이동하며 AC상용전원 대지전위 상승위치를 탐사하고 있으나 차량 통행이 불가능한 인도 등에서 탐사가 불가능하고, 지중 매설 도전체 등의 영향으로 대지전위 상승위치와 누전점 위치가 일치하지 않아 탐사에 어려움을 겪고 있다.
위와 같이 신 접지환경에서 효율적인 누전탐사를 위해 누전점 탐사대상을 한정, 축소할 수 있는 장치 및 방법이 제시되지 않아, 기존 누전탐사 기술을 사용하여 전력선 누전여부 및 누전의심 구간을 판정하고 있다.
[도 3]과 같이 중성선 비접지 환경에서는 전류벡터합이 누전전류와 같다는 등식이 성립하여, 기존 기술은 전류의 흐름을 측정하여 전력선의 누전여부 및 누전구간을 판정하였고, 마지막 단계에서 누전탐사 전압신호를 누전의심 선로에 주입하고 그 신호를 누전의심 구간 대지에서 검출하여 누전위치를 파악하는 [도 1]과 같은 업무흐름을 가졌다.
그러나 중성선 접지환경에서는 [도 9]와 [도 10]과 같이 중성선 전류가 전력선 PEN에서 공용된 접지를 통해 대지. 금속관, 타 중성선 등으로 우회할 수 있어 전류벡터합이 누전전류라는 등식이 성립될 수 없는데도 불구하고, 기존 방식으로 전류를 측정하여 누전여부와 누전의심 구간을 찾고 있어 탐사오류가 발생할 수밖에 없는 실정이었다. 즉 중성선 공용접지 환경에서 전력선 PEN에서 발생되는 벡터합 전류는 실제 위험한 전압선(상선) 누전전류가 아닌 공용된 무전압 중성선들간 귀환전류 우회에 따라 발생하는 것을 알 수 있다.
이에 본 발명에서는 중성선 접지환경에서 전류의 흐름을 측정하는 누전탐사방법이 아닌 다른 대안을 찾아 기존 기술에서 누전탐사 제 1단계 및 제 2단계와 같이 누전점 탐사 구간을 축소할 수 있는 장치 및 방법을 강구하고자 한다.
[도 16]은 전력선 PEN을 가진 중성선 공용접지 구성을 보여주고 있다. 전기사업자는 변압기로부터 고객과의 재산한계점인 인입점(Service Entrance)까지 전력을 공급하는 전선의 1선을 변압기 N상 단자에 연결하고 복수 개의 장소, 즉 최소 1 개의 변압기 PEN과 최소한 인입점 등에서 1개 이상의 전력선 PEN, 에서 대지 접지하여 누전전류가 대지를 통해 PEN으로 신속히 귀환될 수 있도록 귀환거리를 단축하고 있다.
[도 17]은 중성선 공용접지 이전과 이후의 전력선 PEN 시공사례를 보여주고 있다. 이전에는 중성선과 대지접지가 분리되어 운전되었으나, 중성선 공용접지 방식 도입 후에는 맨홀(핸드홀 등), 입상과 같은 구조물 등에서 중성선은 대지와 접지되어 변압기에서 고객까지 중간에서 전력선 PEN을 1개 이상 가지게 되었고, 또한 전력선 PEN을 가진 구조물에서 맨홀뚜껑과 같은 도전성 금속체는 대지접지(중성선)와 본딩되어 도전체간 전위차가 없이 등전위가 유지되도록 시공되어 있다.
[도 18]은 지중에서 전력선 누전 시, 누전장소(누전원)에서 전력선 PEN 간의 AC 상용전원 대지전위 전압분포를 설명하고 있다. 누전 발생 시 누전전류는 최단거리에 있는 전력선 PEN으로 귀환되도록 설계되어 있어 전력 공급용 전압선(상선)에는 AC 상용전원 전압(우리나라는 AC 60Hz 220V)이 충전되어 있다가 절연불량 시 대지로 흘러나와 전력선 PEN으로 귀환되며 대지저항(Rg)에 의해 일정 크기의 누전전류를 갖게 된다.
누전원과 전력선 PEN사이 위치별 AC 상용전원 대지전위는 누전전류 * 현재 위치에서 전력선 PEN까지 대지저항(Rg)에 의해 결정되고 전력선 PEN에 가까워질수록 0V에 근접하게 된다.
[도 19]는 [도 11] 또는 [도 15]와 같이 대지면과 접촉된 두 개의 바퀴전극간 AC 상용전원 대지전위를 측정하는 회로의 구성을 설명하고 있다. 전력선의 절연불량 위치에서 누전원으로 부터 대지로 흘러나온 AC 상용전원 전압 AC 220V는 [도 18]과 같이 위치 a와 b에서 전력선 PEN까지 대지저항(Rg) 값에 따라 각각 위치별 AC 상용전원 대지전위 a, 내지 b 값을 가지고 토양에 대지전위로 분포된다.
그러나 누전원을 검출하기 위해 지중에 있는 토양의 위치별 대지전위 a, b를 직접 측정할 수 없고, 대신 지표면의 측정점 a, b에서 AC 상용전원 대지전위를 측정하여 누전원 위치를 파악하고 있다.
지중의 위치별 대지전위 a, b는 지표면의 측정점 a, b에 도달하기 까지 토지저항, 포장층(아스팔트) 저항 그리고 전극과 지표면간 접촉저항 등을 포함하는 Rp 의 영향을 받게 된다.
도면 상단의 AC 상용전원 대지전위 분포 그래프와 같이 지표면 하의 위치별 대지전위 a, b가 두개의 Rp(2 x Rp)를 통과하면서 전위값이 변경되어 측정점a, b에 도달하게 된다. 결국 지표면에서 측정점 두 개의 전극간 AC 상용전원 대지전위 값은 Rp의 영향을 받아 전위의 측정폭이 더욱 낮아져, 매설경로 등이 파악되지 않은 상태에서 지표면의 두 개의 측정점 사이에 AC 상용전원 대지전위 차만을 측정하여 누전원 위치를 찾는 것은 상당한 시간과 노력을 들여 작업을 하여야 한다.
[도 20]은 지표면에서 [도 19]와 같이 전극간 양단 대지 전위차 V1을 구하는 것을 설명하고 있다. 지표면에서 측정 시 Rp에 의한 영향으로 실제 대지전위와 다르게 표현되거나 전위폭이 줄어들고, 게다가 지표면에 접촉하는 바퀴전극이 보통 1m 이내의 전극간 거리를 가지고 있어 두 전극간 전위차 값이 검출 문턱값에 이르지 못하는 경우가 발생하여 지나칠 수 있어 매설경로 등을 파악하지 않고 단지 지표면에서 1m 이내의 간격을 가진 전극간 AC 상용전원 대지전위 측정만으로 누전원 위치를 찾는 것은 누전점 위치를 그냥 지나칠 수 있는 오류 가능성이 높다.
위와 같이 접촉저항 Rp의 영향으로 지표면에서 전위 값이 변화되고, 전극간 거리가 짧아 전위차 값의 진폭이 좁아 구분하기가 힘들다는 문제점 등을 해결하기 위해 1개의 측정점 전극을 전력선 PEN에서 등전위 본딩된 금속체의 표면 중성선 전압을 측정 기준 전압으로 잡고 측정한다.
이렇게 중성선 접지된 전력선 PEN에서 등전위 본딩된 중성선 전압을 사용할 경우 측정점 1개소에 대한 Rp 영향을 줄일 수 있고, 또한 AC 상용전원 대지전위의 기저전압인 중성선 전압을 측정 기준전압으로 사용하여 타 접지의 영향을 줄일 수 있어 [도 18]의 상단 그래프와 같이 안정적이고 큰 진폭의 전위차 값을 구할 수 있다. 또한 이전 기술과 같이 전력선 PEN이 설치된 구조물 내부에 출입할 필요가 없어 작업환경 개선 및 작업시간을 절약할 수 있다.
[도 21]은 중성선 다중접지 환경에서 누전전류의 귀환점이 되는 전력선 PEN에서 중성선 전압을 가진 맨홀뚜껑을 측정점 한 전극으로 하고 반대편 전극을 누전원 근처 대지와 전압 V2, 원격접지 중 고객접지와 전압 V3, 가로등주와 전압 V4를 측정하는 것을 보여주고 있다.
[도 22]는 누전원을 찾기 위해 전력선 PEN 금속함체와 지표면간 V2를 측정하고 있는 모습이다. 이 경우에도 지표면과 접촉되는 측정점의 전극은 여전히 접촉저항(Rp)의 영향을 받고 있다.
[도 23]은 누전원이 존재하는 장소에서 전력선 PEN의 금속체의 중성선 전압과 원격접지 중 고객접지 또는 가로등주와 전압 V3, V4를 측정하는 회로를 설명하고 있다. 지표면 측정점에서 환경변수인 접촉저항 Rp의 영향을 받아 측정값 안정도가 낮고 최고점을 찾기 위해 시간이 요구되는 전압 V2 대신, 대지와 축방향으로 매입된 도전체와 직접 전기적으로 연결되어 토양, 포장층의 저항과 전극과 지표면간 접촉저항 등을 포함하는 Rp 영향이 무시될 수 있는 매입된 도전체와 전기적으로 영구적으로 연결되어진 대지접지가 갖춰진 원격접지, 즉 고객설비의 접지 또는 가로등 전주, 와 전력선 PEN 사이에 AC 상용전원 대지전위 전압 V3, V4 측정하면 Rp와 같은 환경의 영향을 받지 않고 주변에서 누전에 의한 AC 상용전원 대지전위 상승을 검출할 수 있다.
전력선 PEN의 중성선 전압과 대지에서 미지의 AC 상용전원 대지전위의 최고점을 찾아 전력선 PEN으로 누전전류를 귀환하고 있는 누전원의 위치를 파악하고 누전구간을 파악하는 것은 작업시간 대비 작업효과가 높다고 할 수 없고, 또한 AC 상용전원 대지전위 측정만으로 누전원 위치를 탐사할 때 누전원 주변 대지접지 등의 영향으로 전력선 매설경로에서 벗어나 누전점과 일치하지 않는 경우가 많아 다시 누전의심 전력선의 매설경로를 따라 누전점 위치를 재 탐사하여여 한다.
이에 V2와 같이 미지의 장소를 이동하며 장시간 AC상용전원 대지전위 상승점 위치를 찾는 대신, 전력선 PEN의 중성선 전압을 기준으로 하여 주변의 영구적으로 대지와 접지되어 Rp의 영향을 받지 않는 환경을 가진 원격접지, 고객설비 대지접지 또는 가로등전주 등, 와 사이에서 AC 상용전원 대지전위 전압 V3, V4를 측정하여 주변에 누전원이 존재할 수 있는, 즉 기존 기술에서 말하는 누전탐사 제 2단계, 누전의심 구역을 파악하고 해당 전력선 PEN을 통과하는 전력선을 기존 기술의 누전의심 전력선으로 판정한다.
[도 24]는 상기 V3, V4를 측정할 때 AC 상용전원 대지전위 전압의 크기는 원격접지와 전력선 PEN간의 대지저항(Rg)의 크기에 비례한다는 것을 보여주고 있다. 즉 원격접지가 양호한 대지접지 저항값을 가져 전력선 PEN과 대지저항(Rg)가 낮을 경우 누전원에 의해 상승되는 원격접지와 AC 상용전원 대지전위 값은 낮아진다는 것을 보여준다.
[도 25]는 전기사업자의 전력선은 중성선 접지방식으로 변경되었지만, 고객설비와 인입점간에 [도 16]의 보호접지선이 설치되지 않은 구성을 보여주고 있다. 전기사업자는 감전사고 예방 등의 장점을 가진 전력선 중성선 접지방식으로 변경한 반면, 고객은 추가 비용 등의 사유로 [도 16]의 고객설비의 보호접지를 재산한계점인 인입점까지 연장해주는 보호접지선을 설치하지 않아 [도 25]와 같이 중성선 비접지 상태에서 운전중인 고객설비를 현장에서 쉽게 볼 수 있다.
또한 [도 26]과 같이 전력선 PEN의 금속체 외함이 FRP 등으로 절연되었거나, 전력선 PEN 주변에서 양호한 원격접지를 얻기 곤란한 경우에는 [도 25]그림의 오른쪽 중성선 비접지 고객설비에서 중성선과 보호접지(외함)간 AC 상용전원 대지전위 전압을 측정하여 측정위치 주변에서 누전발생 여부를 탐사할 수 있다.
[도 27]은 중성선 비접지 고객설비에서 실제 측정 모습을 보여주고 있다. 만약 고객설비의 외함이 [도 16]과 같이 보호접지선이 연결되었을 경우에는 임시로 보호접지선을 분리하여 [도 27]과 같이 중성선과 외함간 AC 상용전원 대지전위를 측정하여 측정 위치 인근에서 누전 발생여부를 파악할 수 있다.
전력선 PEN의 맨홀 뚜껑과 원격접지간 V3, V4 측정 시, 두 개소간 전극을 연결하기 위해 전선을 포설하여야 하지만 중성선 비접지 고객설비에서 AC상용전원 대지전위 측정시에는 이를 생략할 수 있다는 장점이 있다. 또한 차도 등에서 맨홀 뚜껑의 중성선 전원을 확보하기 위해 작업할 때 차량 통제 등의 추가 인력이 필요하지만 중성선 비접지 고객에서 측정 시 이를 생략 가능하다는 장점이 있다.
[도 27]은 [도 14] 하단의 누전이 발생했던 PEN 5(R666) 인근의 중성선 비접지 고객설비에서 중성선과 외함접지간 AC 상용전원 대지전위 전압을 측정하였을 때 7V가 측정되는 것을 보여주고 있다.
반면 [도 28]은 [도 14]에서 벡터합 전류가 8A 이상이었던 PEN 4(R665) 인근 고객설비에서 0.7V 전압이 측정되었고, 변압기 근처 PEN 1(J66A) 인근 고객설비에서는 [도 29]와 같이 0.2V의 전압이 측정되었다.
위와 같이 전력선의 중성선 접지환경에서 이전 기술과 같이 전력선 PEN에 출입하여 전력선별 전류의 벡터합 측정없이, 중성선과 등전위 본딩되어 지상에 노출된 금속과 주변 원격접지간, 또는 중성선 비접지 고객설비(중성선 접지고객일 경우보호접지선 분리 후)의 중성선과 외함접지간 AC 상용전원 대지전위 전압을 측정하고 최대전압이 검출된 PEN 장소를 누전 의심구간으로 판정하고 (1) AC 상용전원 대지전위 상승이 실제 누전에 의한 것인지 진위판정 단계, (2) AC 상용전원 대지전위 상승원인을 제공하는 전력설비 파악단계, (3) 상기 전력설비에 누전탐사용 DC 신호를 연결하고 누전위치를 매설경로 상에서 탐사하여 누전원 위치를 파악하여 누전점 위치를 탐사한다.
일반 전압계를 사용하여 AC 상용전원 대지전위 전압을 측정하여 누전원을 찾던 중 실제 누전이 발생하지 않았는데도 중성선과 대지접지간 AC 상용전원 대지전위 전압이 상승되는 경우가 있어 이를 분석한 결과, [도 30]과 같이 실제 누전과 관계없는 고조파 성분에 의해 상승되는 경우가 있으나, 실제 누전점 근처에서는 [도 31]과 같이 60Hz 성분의 전압이 주를 이루고 있다. 즉 측정된 AC상용전원 대지전위 전압에서 60Hz 성분을 분리하여 얼마나 많이 포함되어 있느냐에 따라 누전에 의한 대지전위 상승된 것이라고 판정할 수 있다.
[도 32]는 본 발명에 따른 누전원 탐사장치를 설계하기 위한 고려 사항 등을 설명한다. [도 19]와 [도 20]과 같이 바퀴전극의 2개 전극을 지표면에 접촉하여 AC 상용전원 대지전위를 측정할 때 측정점에서 저항 R과 정전용량 C가 지중의 대지전위(누전원)와 정전결합된 Rp가 있고, 누전원 탐사장치의 내부저항 Ri가 측정점에서 병렬로 연결되어진다.
누전원 탐사장치의 내부저항 Ri는 평상시 10M ohm의 값을 가져 누전원 탐사장치가 측정점에 연결되어도 접촉저항 Rp에 흐르는 전류 등에 영향을 주지 않고 대지전위를 측정하도록 하고 있다.
그러나 정전결합된 Rp를 통해 측정되는 대지전위가 실제 누전원에 의해 상승된 대지전위로부터 제공받는 것인지 여부를 확인하기 위하여, 누전원 탐사장치의 내부저항 Ri를 조정하여 Rp에 흐르는 전류를 변경되도록 한 후 대지전위 측정값의 변동율을 측정하여 판정한다.
즉, 최초 측정시 누전원 탐사장치 내부저항 Ri를 최대값으로 유지되도록 하여 대지전위 측정값 검출을 쉽게하고, 검출된 값을 검증하기 위하여 접촉저항 Rp와 병렬 연결된 누전원 탐사장치의 내부저항 Ri값을 변경하여 측정점 사이의 임피던스값이 변경되도록 하여 대지전위 측정값의 변동여부를 측정하여 대지전위가 주변의 누전에 의한 상승인지 여부를 확인한다.
[도 33]은 [도 21]과 [도 23]과 같이 전력선 PEN의 중성선 전압과 원격접지간 AC상용전원 대지전위 측정하는 것을 설명하고 있다.
측정점b는 전력선 PEN에서 중성선과 등전위를 유지하는 금속체와 연결하고, 측정점 a는 인근의 영구 대지접지된 원격접지 또는 [도 25]과 [도 27]에서와 같이중성선 비접지 고객설비에서 중성선과 외함접지간 AC 상용전원 대지전위를 측정할 때 [도 32]와 같이 지표면 측정점에서 측정과 같이 대지와 포장층이 가진 정전용량 및 전극의 대지면 접촉저항을 포함하는 Rp의 영향을 덜 받도록 대지의 축방향으로 매립되어 토양과 접촉되어 땅 속의 대지전위와 직접 접촉된 영구 대지접지 단자를 연결하여 측정한다.
이렇게 영구접지된 대지접지와 대지전위를 측정함으로서 Rp에 의한 영향을 최소화하고 단지 대지접지 저항(Rg)을 거쳐 상승된 대지전위를 측정하여 누전발생 위치 주변에서 대지전위 상승전위를 정전결합 접촉저항(Rp)의 영향을 받지 않고 대지전위를 검출하여 누전의심 구역을 파악하는 것이다.
또한 측정점 사이 접촉저항 Rp가 무시되어 대지접지 저항 Rg만 고려하면 되므로 누전원 탐사장치의 내부저항 Ri 값을 [도 32]가 가진 10M~1M ohm보다 훨씬 낮은 0.05M~0.002M ohm (50k~2k ohm)을 갖도록 하여 측정점간 Ri를 변경하여 측정된대지전위의 변동율을 파악하여 진위를 검증한다.
[도 34]는 측정점 1점(측정점 b)을 전력선 PEN의 중성선으로 하고 나머지 1점(측정점 a)을 지표면 또는 원격접지와 연결하여 선택하여 측정할 수 있도록 복수개의 고저항 어레이들을 가지고 값을 변경할 수 있는 지표면 측정모드와, 저저항 어레이들을 가진 대지접지 모드를 가져 AC상용전원 대지전위를 지표면 또는 원격접지에서 측정하여 누전의심 구역을 파악할 수 있도록 하였다.
[도 35]는 본 발명에 따른 누전원 탐사장치의 내부 구성을 보여주고 있다. 측정용 전극을 대지표면, 중성선과 원격접지 등에 연결하여 AC상용전원 대지전위를 입력받아 증폭하고 DC 성분은 차단하고 전력주파수의 제 15 고조파(900Hz)까지 측정할 수 있도록 40Hz~1,000Hz 사이의 입력신호가 통과하도록 대역통과 필터를 거치도록 하였다.
다음은 측정용 전극과 병렬로 연결된 누전원 탐사장치의 내부저항을 변경하여 피측정회로에 흐르는 전류의 크기를 변화시킨 후 측정점 사이의 전압변동율을 측정하기 위한 내부저항 설정부에서 선택된 지표면과 대지접지 모드에서 저항값을 변동하며 저항 양단의 전압값을 ADC부에서 디지털로 변환한다.
디지탈로 변환된 전압값 중에서 전력주파수(60Hz) 신호의 함유율과 변동율을 내부저항 저항(Ri)의 변경 값에 따라 기록하고 계산하여 표시하는 표시부를 포함한다. 기타 표시값 범위(Range)를 설정하는 표시값 범위 설정부와 경보값을 입력하는 경보발생부 등으로 구성되어 있다.
여기에서 함유율은

변동율은 다음과 같이 산출하였다.

[도 36]은 누전원 탐사장치를 사용하여 중성선 비접지 고객설비에서 AC 상용전원 대지전위 전압 함유율 및 변동율을 측정하는 모습이다.
[도 37]은 실제 누전원 탐사장치를 사용하여 누전의심 구간 및 누전원을 파악한 실례를 설명하고자 한다. 6개의 중성선 비접지 고객에서 대지전위를 측정하여 하단의 사진과 같이 J69D에서 접속재 불량에 의한 누전발생을 검출하였다.
[도 37]은 [도 36]의 측정점 위치별 내부저항 값에 따라 대지전위 값의 변동내역을 보여주고 있다.
[도 38]는 [도 37]의 측정값 결과에 따라 함유율과 변동율을 측정점 위치별결과를 보여주고 있다. 즉 누전점 위치인 J69D 근처의 측정점 6 위치에서 변동율이 제일 낮은 것을 알 수 있다.
[도 39]은 PEN에서 변동율을 구하여 누전구간을 판정하는 업무순서 실례를 보여주고 있다. 실례에서는 변압기별 연결된 전력선 PEN을 순차적으로 방문하여 대지전위를 측정하고 변동율이 50% 이내에서 가장 낮은 PEN을 누전의심 구간의 중심으로 판정하는 사례를 보여주고 있지만, 또 다른 방법으로 변압기와 관계없이 일정 지역내 설치된 PEN을 순차적으로 방문하여 변동율을 구한 후 최저 변동율을 가진 PEN들을 중심으로 누전의심 구역으로 판정하고 그 구역에 설치된 전력선을 파악하여 매설경로를 누전의심 구역으로 판정하고 후행 탐사작업을 하여도 결과에는 차이가 없다.
이전 기술에서는 사전에 변압기와 연결된 전력선 PEN과 전력선 설치정보를 파악하여야만 전력선 PEN에서 전력선을 구분하여 전류벡터합을 구할 수 있었으나,본 발명에서는 사전에 전력선 정보 파악없이 일정 구역 내에서 PEN 인근에서 대지전위 변동율을 측정하고 최저값을 보이는 곳에서만 전력선 구성을 파악하고 추적하여 누전탐사를 할 수 있는 것이다.
그렇지만 변압기 단위로 전력선 PEN 대지전위 측정 시 이점은 전력선 구간의 전체를 측정하지 않고 시점과 중간점 및 종점 PEN에서 대지전위를 측정하고 일정 값 이상의 대지전위가 측정되는 경우에 한해 전체를 측정하여 누전의심 구역을 판정할 수 있다.
[도 40], [도 41]과 [도 42]는 본 발명에 따른 누전의심 구역 판정과 누전점 탐사방법에 대한 업무흐름 사례이다. 본 사례에서는 [도 40]과 같이 변압기 단위로 탐사한다는 가정하의 사례이며 변압기부터 전력선 말단까지 PEN의 인근 고객설비에서 우선적으로 중성선과 원격접지(외함 등)와 대지전위를 측정하여 옥외 작어베 따른 차량 충돌위험 등을 방지할 수 있고 동시에 누전원 의심 전력선을 파악하여 경로 및 누전탐사장치를 연결하여 대지에서 누전탐사할 수 있다는 장점이 있다.
변압기 또는 전력선 PEN 인근에서 고객설비가 없을 경우 지표면을 탐사하고 대지전위 상승점이 없을 경우에는 다음 PEN의 고객으로 이동하여 측정하여 누전의심 구역을 판정할 수 있으며 또한 누전의심 구역에서 매설경로를 따라 이동하며 대지전위를 지표면의 2개점에서 측정하여도 누전점 위치에서는 전위차가 발생하지 않아 오류 발생할 수 있으므로 마지막 검증단계에서는 전위차가 크고 대지전위 기저전압인 중성선 전압과 지표면의 대지전위를 측정하고 임피던스 저항을 변경하여도 변동율이 최저 인곳을 파악하여 누전점 위치로 최종 판정한다.
또한 AC 상용전원 대지전위가 주변의 영향을 받는 곳에서는 DC 탐사신호를 전송하고 전력선 매설경로를 따라 이동하며 극성 비교를 통해 상시 AC상용전원 대지전위 상승점 위치에서 전압 변동율이 최저인 곳을 검증하여 누전점으로 최종판정한다.

*없음

Claims

지표면 상의 임의의 지점인 측정점 a와 연결되는 전극;
상기 측정점 a와 상이한 지표면 상의 임의의 지점인 측정점 b와 연결되는 전극;
저항값을 변경할 수 있는 상기 측정점 a 및 상기 측정점 b 사이의 경로와 병렬로 연결된 저항 어레이;
상기 측정점 a 및 상기 측정점 b 사이의 전압 변동율을 측정하기 위해 상기 측정점 a 및 상기 측정점 b 사이의 경로와 병렬로 연결된 상기 저항 어레이의 값을 변경하는 임피던스 설정부;
상기 측정점 a 및 상기 측정점 b 사이의 경로 및 상기 측정점 a 및 상기 측정점 b 사이의 경로와 병렬 연결된 저항 어레이 양단의 전압을 측정하는 전압측정부;
상기 저항 어레이 양단의 전압을 디지털로 변환하는 ADC부;
상기 임피던스 설정부의 저항값에 따라 상기 ADC부에서 디지털로 변환된 전압 신호 중 전력주파수 신호의 변동율을 표시하는 표시부;
를 포함하고,
상기 전력주파수 신호의 변동율이 최저점인 위치를 누전의심 구간으로 설정하는 것을 특징으로 하는 누전원 탐사장치.
제 1항에 있어서,
측정된 전압 신호 중 전력주파수 신호만을 통과시키는 대역통과 필터;
를 더 포함하고,
상기 표시부는,
측정된 전압 신호와 상기 대역통과 필터의 신호를 비교하여 전력주파수 신호의 함유율을 더 표시하는 것을 특징으로 하는 누전원 탐사장치.
제 1항에 있어서,
상기 임피던스 설정부는,
토지저항, 포장층 저항 및 전극과 지표면간 접촉저항 중 적어도 하나 이상을 포함하는 Rp의 크기에 비례하여 상기 저항 어레이의 값을 변경하여 연결하는 것을 특징으로 하는 누전원 탐사장치.
지표면 상의 임의의 지점인 측정점 a 및 상기 측정점 a와 상이한 지표면 상의 임의의 지점인 측정점 b를 전극으로 연결하는 단계;
임피던스 설정부에 의해 상기 측정점 a 및 상기 측정점 b 사이의 경로와 병렬로 연결된 저항 어레이의 값을 변경하는 단계;
전압 측정부에 의해 상기 측정점 a 및 상기 측정점 b 사이의 경로 및 상기 측정점 a 및 상기 측정점 b 사이의 경로와 병렬 연결된 상기 저항 어레이 양단의 전압을 측정하는 단계;
ADC부에 의해 상기 저항 어레이 양단의 전압을 디지털로 변환하는 단계;
표시부에 의해 상기 임피던스 설정부의 저항값에 따라 상기 ADC부에서 디지털로 변환된 전압 신호 중 전력주파수 신호의 변동율을 표시하는 단계; 그리고
상기 전력주파수 신호의 변동율이 최저점인 위치를 누전의심 구간으로 설정하는 것을 특징으로 하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 누전원 탐사방법.
제 4항에 있어서,
상기 측정점 a는 고객설비에서 대지접지된 AC 상용전원 1선이고, 상기 측정점 b는 원격접지인
누전원 탐사방법.
제 4항에 있어서,
상기 누전의심 구간을 설정한 후, 상기 누전의심 구간 내의 측정점 a를 PEN의 대지접지 AC 상용전원 1선으로 하고 상기 누전의심 구간 내의 측정점 b를 이동 위치의 지표면으로 하여, 상기 전력주파수 신호의 변동율이 최저인 곳을 누전점으로 파악하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누전원 탐사방법.