KR20010025613A - 누설전류를 이용한 활선상태 송전철탑 및 배전전주의접지저항 측정방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력설비와 통신설비의 전력을 안정적으로 공급하기 위해 기본이 되는 송전선로의 지지물로 쓰이는 철구조물인 송전철탑과 배전선로의 지지물로 쓰이는 콘크리트 전주의 접지저항을 측정하는 방법과 측정방법에 관한 것으로서 지금까지 송전선이나 배전선이 운전 중에는 접지저항 측정이 기존 측정방법으로는 불가능하다는 점을 극복하기 위한 방법으로 송전철탑이나 콘크리트 배전전주에 늘 존재하는 누설전류를 이용한다. 현재의 접지저항 측정기는 전압극 2개와 전류극 2개를 합해서 4의 전극을 지표면을 따라 이동하면서 행하는 작업 대신, 본 발명은 전압극 2개만으로 작업하면 접지저항 측정이 가능하므로 지역상 산악지역에 설치된 송전철탑의 접지저항 측정에 상당히 간편한 접지저항 측정방법을 제공한다. 또한 일반 접지저항 측정기에서 가장 중요한 부분인 전류극을 없애고 이 전류극에서 나오는 전류를 기본적으로 송전철탑과 배전전주에서 늘 대지로 흐르고 있는 누설 전류로 대신함으로서 접지측정장치의 사용방법 및 구조적인 측면에서는 간단하면서도 기존의 접지저항 측정기로는 측정이 곤란했던 송전철탑 및 배전 콘크리트 전주의 접지저항 측정이 가능하게 됨으로서 전력설비의 안정운전과 고품질의 전력전송이 가능할 것으로 판단된다.

Description

누설전류를 이용한 활선상태 송전철탑 및 배전전주의 접지저항 측정방법 및 장치 { Grounding Resistance Measurement System for Electric Support Tower on Power Service }

본 발명은 전력수송에 기본이 되는 전선로의 구성요소인 송전선의 지지물인 송전철탑(도 3)과 배전선의 지지물인 콘크리트 전주(도 9)의 접지저항 측정방법과 측정장치에 관한 것으로 기존의 접지저항 측정기(31)로는 접지저항측정이 불가능했던 점을 극복한 접지저항 측정방법과 측정장치에 관한 것이다. 기존의 접지저항 측정방법으로 송전철탑과 콘크리트 전주의 접지저항 측정이 불가능한 이유중 하나는 3상(three phase)과 대지간의 유도현상 및 3상(phase) 불평형 전류에 의한 누설전류(64)이다. 이 누설전류(64)에 의해 접지극(15,16)에 발생하는 대지전위는 전류극C1, C2(도2의 15, 16)의 전류(14)가 접지극(15,16)에 발생시키는 대지전위와 간섭을 일으켜, 전압극P1, P2(도2의 17, 18)에 의해 측정되는 대지전위차의 값에 오류를 발생시킨다. 즉, 바람직한 전류극C1, C2에 의한 전류에 의한 대지전위차만이 측정되는 것이 아니라 불필요한 누설전류(64)에 의한 대지전위가 포함되어 접지저항 측정원리에 의한 접지저항값보다 큰 접지저항 값이 측정되어 측정값에 신뢰성을 감소시킨다.

본 발명에서는 도 3의 송전철탑(41)이나 도 9의 배전전주의 접지저항 측정을 불가능하게 하는 한가지 원인이 되는 누설전류(64)를 역으로 접지저항측정법에서의 전류극에서 송출되는 전류로 사용하는 탁월한 개념의 방법으로 이 방법에 의하면 기존의 측정방법보다 측정작업이 훨씬 간편해지고, 측정시간이 단축되고, 측정기의 구조도 간단해지는 특징을 가진다.

도 7에서와 같이 송전철탑의 탑각(51)에 흐르는 누설전류(64)를 전류극(도 7의 15,16)으로 대신 이용하면 전압극(도 7의 17, 18)으로 대지전위만을 측정함으로서 측정작업이 편리해지고 전류극(도 7의 15, 16)의 리드선을 간결하게 함으로서 수십 혹은 수백m 씩 거리를 두고 전류극C2를 타설해야 하는 어렵고 시간이 많이 소요되는 작업을 없앨 수 있음으로 대부분 산악지형에 설치된 송전철탑이나, 도심에 설치된 배전전주를 대상으로 한 접지저항 측정작업을 행할 경우 엄청난 편리성과 시간절감의 효과가 기대된다.

즉, 기존 접지저항 측정방법을 적용하여 전류극 C2를 전류극 C1에서부터 수십 혹은 수백 m 떨어져서 타설한 후, 전압극 P2를 전류극 C2방향으로 거리별로 이동시키면서 측정하는 방법을 대신해서, 전압극 P2만을 일정한 방향으로 이동시키면서 일정한 저항값이 얻어지면 측정을 종료하는 아주 단순한 측정방법으로 변경된다. 결국, 본 발명은 현장적용방법이 편리하고 활선상태에서 측정불가능 했던 접지저항 측정을 가능하게 하는 단순한 개념이지면 적용측면에서는 탁월한 효과를 지닌 발명이다.

점차적으로 산업화, 정보화 및 도시화되어 가는 현대사회는 밀집된 지역에서 많은 에너지를 소비하는 특징을 가지며, 이러한 에너지중 가장 사용이 편리하고 수송이 간단하며 공해가 없는 깨끗한 에너지로서 사용되는 전력에너지의 안정적인 공급은 산업 전반에 걸쳐 중요한 요인이 되고 있다.

이러한 중요한 에너지인 전력의 안정적인 공급을 위해서는 낙뢰와 같은 자연적인 재해로부터도 안정적으로 공급되어야 함은 물론, 전기의 고품질도 보장되어야 하는데, 발전소에서 발전된 고품질의 전력을 일반 수용가까지 안정적으로 전송하려면 송전선은 물론 전력수용가와 직결된 배전선에서의 품질확보가 필요하다.

이러한 고품질의 안정적인 전력 공급을 위하여 양호한 접지가 필수적인 요소가 되며, 접지는 전력이나 낙뢰로부터 인간을 보호하는 기능을 담당할 뿐만이 아니라 전력사업의 측면에서 기준전위를 제공하고 낙뢰로부터 전력설비를 보호한다.

또한 접지는 전력계통사고가 발생할 때 고장전류의 귀로가 되는 아주 중요한 역할을 담당하고 있을 뿐만 아니라, 정보화 사회로의 가속화가 진행되면서 일반 가정에도 팩시밀리 혹은 컴퓨터를 이용한 화상정보, 인터넷등의 설비가 이용되고 있어 사고의 피해와 피해액이 상대적으로 커지고 있다. 그러므로 정확한 접지저항의 측정에 의한 접지저항의 관리는 국가적으로도 큰 이익에 해당한다.

기본적으로 접지저항 측정방법(도 1)은 전류극(15, 16)을 상당한 거리D(도1의 24)를 두고 측정대상인 접지극(11)과 보조전류극(16)사이에 전류를 인가한 후 전압극P2(18)를 P1(17)점에서부터 점진적으로 C2(16)방향으로 진행하면서 전류I(14)에 대한 전위V(15)비를 즉, 저항값인 I/V를 종축으로 하고 측정한 거리를 횡축으로 한 그래프(21)를 얻을 수 있다. 이때 대상으로 한 접지극(11)의 접지저항값은 평행선이 되는 부분(22)의 값이 접지저항 값이 된다.

이때 올바른 접지저항이 측정되는 조건은 첫째, 기존의 접지저항측정기(31)의 전류극C1 및 전류극C2에서 송출되는 전류(14)는 접지저항을 측정하고자 하는 접지극C1(11)과 접지저항을 측정하기 위해 임으로 타설한 접지극C2(16)을 통과하는 단일 전류루프가 형성되어야하고, 둘째, 반드시 전류(14)는 대지를 귀로로 하는 단일 경로 가 되어야 한다. 이러한 두 가지의 조건이 만족되지 못하면 전형적인 접지저항곡선이 얻어질 수 없고, 설령 전형적인 접지저항 곡선이 얻어진다해도 측정된 접지저항값은 부정확한 값이 된다.

기존의 접지저항 측정방법으로 송전철탑과 콘크리트 전주의 접지저항 측정이 불가능한 이유는

첫째, 3상(three phase)과 대지간의 유도현상 및 3상(phase) 불평형 전류에 의한 누설전류(64)이다. 전류극C1, C2(도2의 15, 16)의 전류(14)가 발생시키는 대지전위와 누설전류(64)가 발생시키는 대지전위가 간섭을 일으켜, 전압극P1, P2(도2의 17, 18)에 의해 측정되는 대지전위차의 값이 바람직한 전류극C1, C2에 의해 발생된 대지전위차에 의한 값이 아니라 불필요한 누설전류(64)에 의한 대지전위차에 의한 값이 포함되어 접지저항 측정원리에 의한 접지저항값보다 큰 접지저항 값이 측정되어 측정값에 신뢰성을 감소시킨다.

둘째, 접지저항 측정기(31)에서 발생시키는 전류(14)의 경로이다. 접지저항 측정기에서 송출되는 전류(14)는 전류극C1(도2의 15)과 전류극C2(16)를 반드시 경유해서 흘러야 함과 동시에 전부 대지를 경로(33)로 해야한다. 즉, 접지저항을 측정하는데 필요한 접지극(11, 16)이외의 구조물에는 대지전위를 발생시키지 않아야 한다. 이러한 전류경로를 운전중이거나 혹은 건설이 완공된 송전선에 적용시키면 두 개의 송전철탑의 경우, 가공지선(42)을 통해 각각의 송전철탑마다 대지로 통하게 되므로 새로운 대지를 통하지 않는 전류경로(63)가 발생하게 되고, 여러 개의 송전철탑을 감안하면 전류경로(63)와 같은 수십 개의 바람직하지 않은 전류경로가 생겨 접지저항을 측정하고자하는 송전철탑(41)의 접지저항 측정은 올바른 측정이 불가능하게 된다.

결국 운전중인 혹은 건설이 종료된 송전철탑(41)과 콘크리트 전주(도 9)의 경우 접지측정에 조건인 유일한 전류경로가 아니고 수십 혹은 수백 개의 전류경로가 존재하는 이유와, 운전중인 경우 필연적으로 발생하는 누설전류(64)에 의해 발생하는 대지전위 때문에 접지저항측정이 불가능하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 운전중인 송전선이나 배전콘크리트 전주등을 대상으로 한 접지저항을 측정하는 방법과 장치를 목적으로 한다.

도 1은 일반적인 접지저항 측정 방법.

상기 도 1의 방법은 세계적으로 가장 일반적으로 사용되고 있는 접지저항 측정방법으로 접지저항을 측정하고자하는 접지극(11)의 대지전위(34)와 접지저항을 측정하기 위해 타설한 접지극(16)의 대지전위(35)가 전류극C1, C2(15,16)에서 송출하는 전류(14)에 의해 형성되고, 거리별로 전압극 P2(18)를 전류극 C2방향으로 이동하면서 전압극P1과의 사이에 전압계로 측정한 전압(15)을 측정하여 거리별로 전압(15)/전류(14)값을 종축(19)으로 하고 거리를 횡축(20)으로 하여 나타내면 전형적인 접지곡선(21)이 얻어진다. 이 접지곡선에서 횡으로 평탄한 부분의 값(22)이 측정하고자 하는 접지극(11)의 접지저항값이 된다.

이때 올바른 접지저항이 측정되는 조건은 첫째, 전류극C1 및 전류극C2에서 나오는 전류(14)는 접지저항을 측정하고자 하는 접지극(11)과 접지저항을 측정하기 위해 임의로 타설한 접지극(16)을 통과하는 단일 전류 루프가 형성되어야 하고, 둘째, 반드시 전류(14)는 대지를 귀로로 해야한다. 이러한 두 가지의 조건이 만족되지 못하면 전형적인 접지저항곡선이 얻어질 수 없고, 설령 전형적인 접지저항 곡선형태가 얻어진다해도 측정된 접지저항 값은 부정확한 값이 된다.

도 2는 상기 도 1의 일반전인 접지저항 측정방법의 원리를 추가 설명하기 위한 도면

상기 도 2는 상기 도 1의 원리를 추가적으로 설명하기 위한 그림으로 기존의 접지저항 측정기의 전류극C1, C2(15,16)에서 나오는 전류가 단일 경로를 통해 흐르고, 반드시 대지를 통과한다는 점을 강조하고 있다. 또한 이 전류에 의해 발생되는 대지전위(34, 35)는 접지저항 측정기의 전류극C1, C2에서 송출되는 전류(14)만에 의한 것이어야 함을 설명하고 있다.

도 3은 본 발명에서 접지저항 측정대상으로 하고 있는 송전선의 구조 및 형태를 쉽게 설명하는 개략도

도 4는 상기 도 3의 접지저항 측정대상인 송전철탑의 기초 및 접지도면

도 5는 기존의 접지저항 측정 방법으로 송전철탑을 대상으로 접지측정이 가능한 경우를 설명하기 위한 도면

상기 도 5의 설명을 부연하면 송전철탑을 대상으로 접지저항 측정을 가능하게 하려면 두 가지의 조건이 만족되어야 한다. 첫째, 가공지선(42)이 다른 송전철탑과 연결되지 않은 상태에 있어야하고, 둘째, 누설전류가 없어야 하므로 전력을 공급하지 않는 경우에만 기존의 접지저항 측정방법으로 측정이 가능하다.

도 6은 운전중인 즉, 전력을 공급하고 있는 송전선의 경우 기존의 방법으로 측정이 불가능함을 설명하기 위한 도면.

상기 도 6의 도면을 부연 설명하면 전류극C1, C2(15, 16)의 전류 경로가 대지를 통하지 않는 경로가 존재하여 정확한 접지저항 측정이 불가능하게 된다. 즉, 전류경로(63)는 접지저항을 측정하기 위해 타설한 전류극 C2(16)의 대지전위와 측정대상인 송전철탑(41)의 대지전위를 형성하는데 기여하지 않는다. 또한 누설전류(64)가 탑각인 주주재(51)를 통해 대지로 흐름으로서, 전류극에서 송출되는 전류(14)에 의한 대지전위와 별개의 대지전위를 송전철탑의 기초 접지선(54, 55, 56)에 형성하여 정확한 접지저항 측정을 방해한다.

도 7은 본 발명에 따른 운전중인 송전선을 대상으로 접지저항을 측정하는 방법으로 전류극C1, C2(15,16)에서 전류를 내보내지 않고, 송전철탑(41)의 탑각인 주주재(51)에 흐르는 누설전류(64)를 체결형 변류기(73)로 측정하여 이 누설전류(64)를 전류요소로 하고 전압극 P1, P2(17,18) 사이의 대지전위를 전압요소로 하여 접지저항을 측정한다.

도 8은 체결형 변류기를 철탑의 다리인 주주재(51)에 체결한 상태에서 누설전류(64)를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면으로 손쉬운 동작으로 로고스키 코일형 전류센서(73)의 착탈이 가능해진다.

도 9는 본 발명에 따른 측정기를 배전선 콘크리트 전주에 적용했을 때를 설명하기 위한 도면으로 송전선에서의 방법과 동일하게 적용된다.

도 10은 본 발명의 타당성을 검증하기 위해 실제 송전선을 대상으로 본 발명에서 제안한 방법으로 행한 시험을 설명하기 위한 도면

도 11은 본 발명에 따른 활선 상태에서 누설전류를 이용하여 접지저항을 측정하는 측정장치의 개략도

도 12은 상기 도 11의 전류측정장치를 설명하기 위한 도면

도 13은 상기 도 11의 전위 측정장치를 설명하기 위한 도면

도 14는 상기 도 11의 변환기 회로를 설명하기 위한 도면

도 15는 상기 도 11의 접지저항 계산 알고리즘을 설명하기 위한 도면

도 16은 상기 도 11의 표시장치 및 제어장치를 설명하기 위한 도면

도 17은 본 발명의 방법 및 장치로 상기 도 10에서 철탑의 진행방향(101)으로 측정한 실측접지저항 곡선으로 이론적 설명(도7)과 잘 일치한다.

도 18은 본 발명의 방법 및 장치로 상기 도 10에서 철탑의 45°방향(102)으로 측정한 실측접지저항 곡선으로 이론적 설명(도7)과 잘 일치한다.

도 19는 본 발명의 방법 및 장치로 상기 도 10에서 철탑과 수직방향(103)으로 측정한 실측접지저항 곡선으로 이론적 설명(도7)과 잘 일치한다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호 설명＞

11. 접지저항 측정대상 접지극(연동선으로 구성된 메쉬 및 접지동봉등)

12. 접지동선 및 접지동봉등의 금속체로 이루어져 있고 접지저항 측정대상이 되는 접지극.

13. 접지저항을 측정하고자 하는 대상 접지극(11)에 대지전위를 발생시키는데 필요한 전류를 전류극C1, C2로 송출시키는 전압원 혹은 전류원(직류, 혹은 교류)

14. 측정하고자 하는 접지극(11)에 대지전위를 발생시키는데 필요한 전류 I를 측정하는 전류계

15. 접지저항을 측정하고자 하는 대상 접지극(11)에 흐르는 전류의 통로가 되는 두 개의 전류극 중 한쪽 요소인 전류극C1

16. 전류극C1(15)과 함께 전류가 흐를 수 있도록 폐루프를 형성하는 또 하나의 전류극C2

17. 접지저항을 측정하는데 중요한 전압요소인 대지 전위를 측정하는 전압극P1

18. 접지저항을 측정하는데 중요한 전압요소인 대지 전위를 측정하는 전압극P2

19. 전형적인 접지저항 곡선의 종축으로 저항을 나타냄.

20. 전형적인 접지저항 곡선의 횡축으로 전류극C1과 전류극C2간의 거리가 최대가 됨.

21. 전형적인 접지저항곡선으로 정상적인 측정이 이루어지면 횡으로 직선구간이 나타남.

22. 전형적인 접지저항 곡선에서 직선구간의 값으로 측정 대상 접지극(11)의 접지저항 값.

23. 지표면

24. 접지저항을 측정하고자 대상 접지극(11)과 측정을 위해 타설한 접지극(16)사이의 직선거리(D)로 거리가 길수록 전형적인 접지곡선이 얻어진다.

31. 현재 가장 일반적으로 사용하고 있는 접지저항 측정기

31. 전압극P2를 전압극P1에서 전류극 C2방향으로 이동시키면서 거리별로 측정한 접지저항값을 나타내는 표시창(숫자, 바늘, 눈금등)

33. 전류극 C1과 C2사이의 전류경로로서 기존의 접지저항 측정기(31)에서 송출되는 전류가 전류극 C1, C2를 통하는 전류경로를 갖으면서 전부 대지를 통해 흐르는 경우에 양호한 접지저항곡선(21)이 얻어진다.

34. 전류극 C1과 C2사이의 흐르는 전류에 의하여 생긴 측정 대상 접지극의 대지전위로서 순수하게 접지저항측정기(31)에서 송출된 전류에 의해서만 형성된 대지전위를 말한다.

35. 전류극 C1과 C2에 흐르는 전류에 의하여 생긴 측정하기 위해 타설한 보조 접지극인 C2 접지극의 대지전위로서 순수하게 접지저항측정기(31)에서 송출된 전류에 의해서만 형성된 대지전위를 말한다.

41. 전력의 공급경로인 송전선로로서 크게 나누어 철구조물(44), 전력선(43) 가공지선(41), 절연물(45), 기초(55)로 구성된다.

42. 상기 41의 구성요소의 하나로서 낙뢰 등으로부터 송전선로의 전력선(43)을 보호하고 전력선의 사고시 사고전류의 귀로가 되는 가공지선

43. 상기 41의 송전선로의 구성요소로서 전력의 공급경로인 전력선으로 전력공급을 담당한다.

44. 상기 41의 송전선로의 구성요소로서 공간에 상기의 42, 43이 자연환경으로부터 기계적으로 견고히 지탱할 수 있도록 하는 철구조물인 철구조물.

45. 상기 41의 구성요소의 하나로서 전력선(43)과 송전철탑(44)간에 전기적인 절연이 필요하게 되고, 일반적으로 유리나 자기 혹은 고분자물로 제조된 지지물로 절연체를 구성하게 되고 이를 애자라고 부른다.

51. 상기 44의 송전철탑을 구성하는 한 요소로서 대지의 기초(56)와 송전철탑(44)을 연결하는 철구조물로 주주재 혹은 탑각이라고 한다.

52. 상기 44의 송전철탑을 구성하는 한 요소로서 주주재(51)를 더욱 확고하게 하기위한 보조 철구조물로 보조재 혹은 사재라고 부른다.

53. 상기 44의 송전철탑을 구성하는 한 요소로 기초(56)의 콘크리트 내부에 함몰된 철구조물로 이를 주각재라고 한다.

54. 상기 44의 송전철탑을 구성하는 한 요소로 기초(56)와 결합된 철구조물로 지표면과 횡으로 구성된 철구조물로 앵커재라고 한다.

55. 상기 44의 송전철탑을 구성하는 한 요소로 대지에 굳건하게 버티도록 하는 콘크리트 구조물로 철탑기초라고 한다.

56. 상기 41의 송전선로를 구성하는 한 요소로서 전기적으로 안정적인 전력공급과 감전등의 인축사고를 최소화하기 위한 안전조치인 접지동선으로 동연선으로 구성된다.

57. 설명을 편리하게 하기 위해 정한 송전선 진행방향

61. 여러 개의 송전철탑이 존재하는 경우의 전기적 현상을 설명하기 위한 또 하나의 송전철탑

62. 기존의 접지저항 측정기(31)로 접지저항을 측정할 경우 정확하게 접지저항이 측정될 수 있는 조건에 부합되는 정상적인 전류 경로

63. 기존의 접지저항 측정기(31)로 접지저항을 측정할 경우 정확한 접지저항 측정을 불가능하게 하는 전류 경로

64. 기존의 접지저항 측정기(31)로 접지저항을 측정할 경우 정상적인 접지측정이 불가능하게 하는 전류로 누설전류라고 한다.

71. 누설전류(63)를 이용한 송전철탑 접지지항 측정기

72. 접지저항을 측정할 때 측정신호로 사용하기 위한 실행 스위치

73. 누선 전류를 측정하기 위한 로고스키 코일형 전류센서로 이는 착탈이 가능한 크램프형 변류기로서 어떠한 형태의 철탑의 주주재(51)에도 손쉽게 채결되는 장점을 갖는다.

74. 송전선로(41)가 운전 중에 주주재(51)에 흐르는 누선전류(64)에 의해서 발생하는 지표면 대지전위로서 이 대지전위 때문에 기존의 접지저항 측정방법으로는 접지저항의 측정이 불가능하게 되고, 본 발명에서는 이 대지전위 이용하여 접지저항 측정이 가능하게 되는 아주 중요한 요소인 대지전위.

75. 상기 74의 대지전위를 이용하고 이 대지전위를 이용하고 전압극 P1, P2를 이용하여 구한 접지저항 측정곡선

76. 상기 75의 접지저항 측정곡선에서 구하고자 하는 접지저항값

77. 상기 73의 전류센서의 구성요소로서 누설전류(64)에 의해서 발생된 자계와 코일(79)의 유도현상으로 다시 전류로 되어 코일(79)에 순환된다. 이 순환전류가 전류전압변환기(78)에 의해 변환되어 코일을 통과하는 누설전류(64)가 전압형태로 전달되는 전류측정단자. 이 단자를 통해 누설전류가 전압형태로 측정된다.

78. 센서코일(79)에서 유기된 누설전류를 전압형태로 변환하는 전류전압 변환기

79. 누설전류(64)의 전류에 의해 발생된 자계에 의해 전자유도 현상 원리에 의해 전류를 센싱하는 코일

80. 기계적, 전기적으로 분리된 구조로 되어 있어 착탈이 편리한 구조로 되어 있다.

91. 전력공급설비인 배전선로를 구성하는 한 요소로 유도 혹은 직격뢰로 부터 가공선로를 보호하는 가공지선

92. 전력공급설비인 배전선로를 구성하는 한 요소로 전력을 공급하는 선로인 전력선

93. 전력선(92)과 금구류(100)와의 절연물인 지지절연물인 애자

94. 전력을 공급하는 방식인 3상 4선식 송전방식에서 3상, 일반적으로 A, B, C상으로 표현하는 전력선의 불평형 전류의 경로가 되는 중성선 혹인 N상으로 표현한다.

95. 가공지선과 중성선이 연결된 접지선으로 땅속까지 연결된다.

96. 금구류(100)와 중성선의 연결선

97. 접지선(95) 전주내부로 넣기 위한 연결구

98. 콘트리트 전주

99. 접지동봉

100. 애자등을 지지하기 위한 금구류

101, 102, 103, : 345kV 실선로를 대상으로 한 접지저항 실측 경로

110: 본 발명에서 제안한 장치의 구성도

111. 전류측정장치

112. 전위측정장치

113. 접지 저항 계산 알고리즘

114. 변환기 회로

115. 표시장지, 제어장치

121. 연산증폭기

122. 필터회로

123. offset회로

124. 위상보정회로

131. 고입력 임피던스 회로

132. 대역저지회로

133. offset저지회로

134. 위상보정회로

141. 전류변환회로

142. 전위변환회로

143. 동시 변환시스템

151. 디지털 필터

152. 위상 계산 알고리즘

153. 주파수 분석 알고리즘

154. 임피던스 계산 알고리즘

155. 표시장치 제어

161. 저항표시 램프

162. 위상표시 램프

163. 측정명령 제어키

164. 표시장치

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방법은 운전중인 송전철탑 및 콘크리트 전주에 구성된 접지극(56, 99)의 접지저항을 측정함에 있어 방해의 요인으로 작용하던 누설전류를 전류극으로 사용함으로서 기존의 접지저항 측정기에서 존재하던 전류발생장치를 없애는 것이 가능해지고, 전류극을 대신하여 누설전류를 측정하는 측정회로를 구성함으로서 복잡하고 까다로운 전원장치의 설계가 필요없게 되고, 전류극의 타설작업을 없앰으로서 작업의 용이성과 함께 작업시간의 단축까지 달성하게 된다.

본 발명의 장치 사용법(도 7)은 사용자가 익숙해져 있는 기존의 접지저항 측정방법(도 1)보다 간단하다. 왜냐하면 전류극의 타설작업이 없고, 전압극의 측정방법은 기존의 접지저항 측정 방법과 동일하다는 특징이 있다.

본 발명의 구성을 크게 6개의 부분으로 이루어져 있다.

첫째, 기존의 접지저항 측정기에서 전류(14)를 송출하기 위해 필수적인 전원장치가 운전중인 송전철탑에서 존재하는 누설전류(64)를 이용함으로서 필요 없게 되고, 전원장치에 대응하는 장치로 착탈형의 누설 전류측정장치(도 8)를 사용한다. 착탈형의 전류측정장치는 철탑의 다리부분인 주주재(51)를 감쌀 수 있도록 된 구조(80)로 손쉽게 주주재(55)에 착탈이 가능하다. 이러한 구조(80) 때문에 전류센서를 끊지 않고 필요한 누설전류(64)의 측정이 가능해 진다.

송전철탑의 주주재(51)에 흐르는 누설전류(64)는 외부로 자장을 발생하고 이 자장이 코일(79)을 관통함으로서 누설전류(64)에 대응하는 전류가 코일(79)내부를 순환하게 되고, 이 순환전류는 전류 전압변환 장치(79)에 의해 전압형태로 누설전류(64)를 출력단자(77)로 내보내게 된다. 전압출력단자(77)에서 얻은 전압형태의 누설전류(64) 정보를 전류측정장치(111)에 제공함으로서 기존의 접지저항 측정기(31)에서의 전류극을 대신하게 된다. 이 부분의 내용이 본 발명의 가장 큰 특징으로 운전중인 송전철탑이나 배전콘크리트 전주의 접지측정이 가능하게 된다.

둘째, 전류전압 변환기(78)에서 전달되는 누설전류의 크기는 전압형태의 전류정보를 처리하는 전류측정장치(111)이다.

도 12는 전류측정장치를 자세히 설명하기 위한 도면이다. 전류극 C1, C2사이에는 전압형태인 누설전류(64) 정보가 입력단자인 도 12의 C1, C2단자에 전달된다. 단 전류극에서 인가되는 전류가 검출과정에서 영향을 받지 않도록 완전절연증폭기로 구성하였다. 이렇게 검출된 전류정보의 최대값을 연산증폭기(121)에서 증폭하여 변환기 회로(114)에서 받아들여 질 수 있는 최대값인 ±10V이하도 되도록 증폭한다. 이렇게 하드웨어로 증폭된 신호는 위상이 다소 변화되는 것이 일반적인 현상이므로 이를 연산증폭기로 구성된 위상보정회로(124)를 통과시킨다. 또 바이어스 전원의 불평형으로 생길 수 있는 전기적 현상인 offset현상도 일반 연산증폭기로 구성된 offset 보정회로(123)로 완전히 보상하여 정확한 전류정보가 측정되는 특성을 갖도록 설계된 특징을 갖고 있다.

셋째, 누설전류(64)의 영향으로 전압극에 유기된 대지전위를 정확히 측정하는 것은 접지저항을 얼마나 정확히 측정할 수 있는가를 결정하는 아주 중요한 요소임을 감안하여 대지전위 입력단(P1, P2)의 입력임피던스가 20MΩ이상의 값을 갖는 입력단을 설계하여 대지전위가 전압극 인가선 길이의 영향없이 정확하게 측정될 수 있도록 설계되어 전위측정에 오차를 최소화하는 특징을 갖는 전위측정장치(112)를 갖고 있다. 도 13은 대지전위를 정확하게 측정하기 위한 설명도이다. 대지 전위를 정확히 측정하기 위한 가장 필수적인 조건은 측정단자인 P1과 P2사이의 입력임피던스를 원칙적으로는 무한대로 하는 것이다. 이러한 조건에 부응하기 위해 연산증폭기로 voltage follow회로로 설계하여 입력임피던스가 20MΩ이상이 되도록 설계, 제작하여 대지전위가 전압극P1, P2를 구성하는 전선에는 전압이 걸리지 않고 입력저항이 큰 입력단에 전부 걸리게 함으로서 대지전위를 측정하는데 오차를 최소화하는 특징을 갖고 있다. 또한 운전중인 전력설비에서 접지극으로 흐르는 누설전류와 노이즈를 최대한 제한하는 대역저지회로(132)를 연산증폭기로 구성하였다. 전류측정회로(111)의 정밀도를 높이기 위한 것과 동일한 기능으로 offset 보상회로(133)와 위상보정회로(134)를 부과하는 특징을 갖고 있다.

넷째, 전류측정장치(111)의 전류정보와 전압측정장치(112)를 통한 대지전위의 전압정보는 이를 디지털화하는 기능을 갖는 변환기 회로(도 14)이다. 이 회로의 기능은 전류정보와 전압정보를 동시에 디지털화(A/D 변환)함에 있어 대지전위인 전압정보와 전류정보가 동시에 처리하여 전기적으로 전압정보와 전류정보와의 위상차를 최소화하는 것이다. 도 14는 변환기 회로를 자세히 설명하기 위한 도면이다. 일반적으로 전압과 전류신호로부터의 정보를 디지털신호로 바꾸어 처리하고자 하는 경우 가장 중요한 점은 얼마나 많은 정보를 갖느냐를 결정하는 sampling time과 한번 sampling할 때 몇 bit로 처리하느냐가 중요하다. 이를 위해 본 발명에서는 제어장치에서 보내준 주파수 신호의 한 주기를 최소 32번 이상 sampling하도록 설계되었고 한번 sampling 할 때 16bit A/D처리를 함으로서 1/65536의 분해능을 갖도록 설계, 제작하였다. 전압정보와 전류정보를 이용하여 전압정보와 전류정보와의 위상차를 계산할 때는 전압정보와 전류정보를 동시에 sampling해야 정확한 위상정보를 계산할 수 있으므로 이를 위해 전압정보와 전류정보를 디지털로 변환하는 16bit A/D 변환기에 동시에 신호를 주어 변환(141, 142)하고 이를32bit의 프로세서로 받아들임으로서 동시에 전압정보와 전류정보의 시간차 없이 디지털화하는 기법을 사용하는 회로인 동시변환 시스템(143)을 갖는 특징이 있다.

다섯째, 표시장치 및 제어장치(115)이다. 표시기능은 인가된 주파수와 전압정보와 전류정보의 위상차와 접지저항을 표시하는 것이다. 제어기능은 측정을 명령하는 측정스위치(163)이다. 도 16은 표시장치 및 제어장치를 자세히 설명하기 위한 설명도이다. 표시기능은 계산알고리즘(34)에서 처리된 저항값과 위상을 나타내는 LED(161, 162) 부분과 그 값을 표현하는 LCD(164)로 구성된다.

여섯째, 가장 중요한 디지털 프로세서로 구성된 부분인 신호발생회로 및 접지저항 계산알고리즘(113)이다. 이장치는 제어장치(115)에서의 실행명령 받아 이에 대응하는 전류극C1, C2에서부터의 전류정보와 전압극P1, P2로부터의 전압극으로 부터의 전압정보를 변환기회로(114)를 거쳐 처리하여 접지저항과 전압정보와 전류정보와의 위상차를 계산하여 표시장치에 전달하는 기능을 수행한다. 도 15는 접지저항 알고리즘을 상세히 설명하기 위한 부분이다. 이러한 기능은 전부 소프트웨어로 작성되었고 본 발명에서는 32bit프로세서인 DSP32를 사용하였다. 동시변환 시스템(143)에서 시간적으로 동시에 A/D변환된 누설전류정보와 대지전위정보는 디지털 필터(151)를 통과함으서 노이즈 없는 깨끗한 누설전류 정보 및 대지전위정보가 된다. 이렇게 통과된 대지전압, 누설전류 정보는 각각의 주파수에 해당되는 실수부와 허수부로 나누어지고 이를 상대적인 개념으로 처리하면 오차없은 위상을 계산할 수 있다. 본 발명의 경우 0.1degree 이하의 오차를 갖는 위상을 처리하는 기능(152)을 갖고 있다. 위상 계산고리즘(152)과 주파수 분석알고리즘(153)을 통과한 결과중 필요한 주파수 부분만의 전압정보와 전류정보를 처리하여 임피던스를 계산(154)하여 표시장치에 전달될 수 있도록 메모리로 구성된 공간에 저장한다.

본 발명의 효과는 다음과 같다.

첫째, 지금까지 건설종료후 혹은 운전중인 송전철탑과 배전선용 콘크리트 전주를 대상으로 측정 불가능했던 접지저항 측정이 운전중인 송전철탑과 배전 콘크리트 전주에서 어쩔 수 없이 발생하는 누설전류를 이용함으로서 편리하게 가능하게 되어 합리적이고 효율 높은 전력공급에 기여하는 효과가 있다.

둘째, 기존의 접지저항기를 이용한 측정방법에서 전류극의 전류를 발생하는 전원장치대신 지금까지 접지저항측정의 방해요소로 작용했던 누설전류를 전류극에서 송출되는 전류로 대신함으로서 장비의 구조가 간단해지는 효과와, 휴대용으로 제작하는 경우 충전지의 소비전력을 절감시키는 효과가 있다.

셋째, 누설전류를 이용함으로서 송전철탑의 누설전류 혹은 콘크리트 전주의 누설전류를 측정하는 것으로 대신함으로 접지저항 측정시 전류극을 수십 혹은 수백 m 타설해야 하는 불편한 점이 없어지고 단순히 전압극만을 타설하여 측정함으서 접지저항 측정이 간편해졌다는 효과가 있다.

넷째, 일반적으로 접지선은 동연선 및 동봉으로 포설하는 것이 일반적이고, 토양에 포설된 동연선 및 동봉은 대지가 함유하고 있는 수분 및 화학성분에 의해 부식되고, 또한 누설전류에 의한 이온화 현상에 의해 부식되어 접지성능이 저하된다. 이러한 접지성능의 저하를 운전중인 활선상태에서 접지저항의 측정이 가능하게 됨으로서 송전선 및 배전선의 고품질 전력전송에 기여하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 누설전류를 이용하여 송전철탑 및 배전선의 콘크리트 전주의 접지저항을 측정함에 있어서, 운전중인 전력설비인 송전철탑과 배전선의 콘크리트 전주의 누설전류를 일반적인 접지저항 측정기에서 송출하는 전류의 기능으로 하여 접지저항을 측정하는 방법 및 장치
2. 상기 1항을 구현함에 있어, 송전철탑 및 배전선 콘크리트 전주의 누설전류의 측정을 착탈형의 로고스키 코일을 사용하여 측정하는 방법을 송전철탑 및 배전선 콘크리트 전주의 접지저항 측정에 적용한 점
3. 상기 1항을 장치를 사용함에 있어, 전류극의 타설작업을 없애고 전압극만으로 접지저항을 측정하는 방법 및 장치