KR20120005754A - A high precision ground impedance measurement device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 접지임피던스의 고정도 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가변주파수 정현파 전압발생부를 통해서 주파수 대역 1[㎐] ~ 10[㎒]의 정현파 전압을 대지에 인가하여 접지계의 접지임피던스를 측정할 수 있으므로, 60[Hz] 상용주파수에서 고주파 10[㎒]까지 다양한 주파수에 대한 접지계의 성능을 예측할 수 있을 뿐만 아니라, 정현파 전압을 인가하여 측정함으로써 종래에 구형파 전압을 인가할 때 발생할 수 있는 측정오차를 제거하여 측정값의 신뢰도를 높일 수 있는 접지임피던스의 고정도 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a high-precision measuring device of the grounding impedance, and more particularly, by applying a sinusoidal voltage of the frequency band 1 [Hz] to 10 [MHz] to the ground through the variable frequency sinusoidal voltage generating unit, the grounding impedance of the grounding system. As it is possible to measure, it is possible not only to predict the performance of the grounding system for various frequencies from 60 [Hz] commercial frequency to high frequency 10 [MHz], but also by applying sinusoidal voltage and measuring it. The present invention relates to a high-accuracy measuring device for grounding impedance that can remove the measurement error and increase the reliability of the measured value.
일반적으로 접지는 전기설비기술기준에 정하는 전기설비의 일부분과 대지를 전기적으로 연결하는 것으로, 그 목적은 전기설비의 열화, 낙뢰 및 과전압으로부터 절연파괴시 이상전류를 대지로 흘려보내 전기설비의 전위상승을 억제함으로써 전기적인 피해로부터 전기설비를 보호하고, 전기설비의 원활한 기능을 확보하고, 전기충격으로부터 인명을 보호하기 위해 시설된다.In general, grounding is to electrically connect a part of the electrical equipment specified in the Electrical Equipment Technical Standards and the ground.The purpose of this is to increase the potential of the electrical equipment by sending an abnormal current to the ground during insulation breakdown from deterioration, lightning and overvoltage of the electrical equipment. It is installed to protect the electrical equipment from electrical damage, to ensure the smooth functioning of the electrical equipment, and to protect people from electrical shock.
상기와 같이 고주파 성분의 과도전류 및 표준 뇌서지 전압전류 파형의 주파수 스펙트럼에서 과전압으로부터 전기설비 및 인명을 보호하기 위해서 시설되는 접지계가 갖추어야 하는 중요한 조건으로는 10[MHz]의 주파수에 이르는 접지임피던스의 주파수 의존성이 양호한 특성을 나타내어야 한다는 점이며, 이러한 접지임피던스의 측정은 접지저항 측정장치를 통해서 측정된다.As mentioned above, an important condition that a grounding system installed in order to protect electrical equipment and human life from overvoltage in the frequency spectrum of the high frequency transient current and the standard surge surge voltage current waveform is the grounding impedance of the frequency of 10 [MHz]. The frequency dependence should show good characteristics, and the measurement of the ground impedance is measured by the ground resistance measuring device.
하지만, 기존의 접지저항 측정장치의 성능은 최대 수 [kHz] 정도의 주파수 영역에 국한되어 접지계의 접지임피던스를 측정하는데, 실제 접지계는 고장상태에 따라 저주파인 상용주파수 전류에서 최대 10[㎒] 정도의 고주파 전류가 발생함으로 저주파는 물론 고주파 영역에서 접지임피던스의 측정이 필요한 실정이다.However, the performance of the conventional grounding resistance measuring device is limited to the frequency range of the maximum number [kHz], and the grounding impedance of the grounding system is measured. ] As high frequency current is generated, it is necessary to measure ground impedance in low frequency as well as high frequency region.
한편, 연구용 접지저항 측정장치로 인버터를 이용하여 최대 500k[Hz] 정도의 주파수 영역까지 접지임피던스를 측정할 수 있는 장치가 있으나, 연구용 접지저항 측정장치는 접지임피던스를 측정하기 위해 인버터를 통해 대지로 구형파 측정전압이 인가됨으로, 인덕턴스와 정전용량에 의해 파형의 왜곡이 발생할 수 있어 별도의 필터를 통하여 구형파를 정현파로 정형화해야 하는데, 이러한 과정에서 주파수에 따라 큰 오차가 발생할 수 있어 측정값에 대한 신뢰도가 낮다는 문제점이 있었다.On the other hand, there is a device that can measure the ground impedance up to a frequency range of up to 500k [Hz] by using an inverter as a grounding resistance measuring device for research, but a researching grounding resistance measuring device is connected to the earth through the inverter to measure the grounding impedance. Since the square wave measurement voltage is applied, waveform distortion may occur due to inductance and capacitance. Therefore, the square wave must be shaped into a sine wave through a separate filter. In this process, a large error may occur depending on the frequency. There was a problem that is low.
여기서, 상기 인버터는 용량에 따라 통상 10[㎏] ~ 40[㎏]의 중량으로 이루어져, 인버터를 구비한 접지저항 측정장치는 크기가 크고 무거워 이송이 매우 어렵다는 문제점이 있었다.Here, the inverter is usually composed of a weight of 10 [kg] ~ 40 [kg] according to the capacity, there is a problem that the grounding resistance measuring device with an inverter is very difficult to transport because of its large size and heavy.
또한, 측정전압의 주파수가 높아지면 접지계의 저항 외에 접지극과 접지선의 인덕턴스와, 토양의 비유전율 및 접지극과 토양의 접촉상태에 따른 캐패시턴스를 고려하여 접지임피던스를 측정해야하나 기존의 접지저항 측정장치는 인덕턴스와 캐패시턴스 성분에 대한 고려가 없어 측정값에 대한 신뢰도가 더욱 낮다는 문제점이 있었다.In addition, if the frequency of the measured voltage is increased, the ground impedance should be measured in consideration of the inductance of the ground electrode and the ground wire, the capacitance of the ground electrode and the ground wire, and the capacitance according to the contact state of the ground electrode and the soil. There is a problem that the reliability of the measured value is lower because there is no consideration of inductance and capacitance components.
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 가변주파수 정현파 전압발생부를 통해서 주파수 대역 1[㎐] ~ 10[㎒]의 정현파 전압을 대지에 인가하여 접지계의 접지임피던스를 측정할 수 있으므로, 60[㎐] 상용주파수에서 고주파 10[㎒]까지 다양한 주파수에 대한 접지계의 성능을 예측할 수 있을 뿐만 아니라, 정현파 전압을 인가하여 측정함으로써 종래에 구형파 전압을 인가할 때 발생할 수 있는 측정오차를 제거하여 측정값의 신뢰도를 높일 수 있는 접지임피던스의 고정도 측정장치를 제공함에 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, the object of which is to apply the sinusoidal voltage of the frequency band 1 [㎐] ~ 10 [MHz] to the ground through the variable frequency sinusoidal voltage generator to ground Since impedance can be measured, it is not only possible to predict the performance of the grounding system for various frequencies from 60 [Hz] commercial frequency to 10 [MHz] high frequency, but also by applying sinusoidal voltage to measure square wave voltage conventionally. The present invention provides a high-precision measuring device with a grounding impedance that can remove the measurement error that may occur and increase the reliability of the measured value.
또한, 접지계의 접지임피던스 측정시에 접지계의 저항 외에 접지극과 접지선의 인덕턴스와, 토양의 비유전율 및 접지극과 토양의 접촉상태에 따른 캐패시턴스를 고려하여 측정함으로, 측정값에 신뢰도를 한층 더 높일 수 있는 접지임피던스의 고정도 측정장치를 제공함에 있다.In addition, when measuring the grounding impedance of the grounding system, in addition to the resistance of the grounding system, the inductance of the ground electrode and the ground wire is measured in consideration of the relative dielectric constant of the ground and the capacitance according to the contact state of the ground electrode and the soil, thereby further increasing the reliability of the measured value. It is to provide a high accuracy measurement device of the grounding impedance.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 접지임피던스의 고정도 측정장치는 측정하고자 하는 접지극(E극)의 접지임피던스 측정을 위해 전류보조극(C극)에 인가할 주파수 대역 1[㎐] ~ 10[㎒]의 정현파 저전압을 생성하여 출력하는 가변주파수 정현파 전압발생부;와, 상기 가변주파수 정현파 전압발생부에서 출력된 저전압을 최대 30[V](인체접촉 안전전압 한계 값) 이하로 증폭하고, 출력임피던스는 낮추어 전류보조극(C극)에 최대 200[㎃] 전류를 인가하는 전력증폭부;와, 상기 전력증폭부에서 전류보조극(C극)에 인가하는 주파수 대역 1[㎐] ~ 10[㎒]의 전류에 의해서 발생하는 접지극(E극)와 전압보조극(P극)의 전위차(VE -P)와, 접지극(E극)로 흐르는 전류(I)의 측정값에 대한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기;와, 정확한 임피던스의 산출을 위해 상기 에이디 변환기에서 전송되는 전위차(VE -P)와 전류(I)의 측정값에 혼입된 외부 노이즈성분은 제거하고, 상기 가변주파수 정현파 전압발생부에서 인가한 동일한 주파수의 전압 및 전류 성분만을 검출하여 외부간섭이 제거된 전위차(VE -P) 및 전류(I)의 측정값에 산출공식을 적용하여 신뢰도 높은 접지임피던스를 산출하는 임피던스 산출부;와, 상기 임피던스 산출부에서 산출된 결과를 그래프 및 텍스트로 출력하여 영상으로 출력하여 제공하는 그래픽 디스플레이;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the high-precision measuring device of the ground impedance according to the present invention has a frequency band 1 [㎐] to be applied to the current auxiliary pole (C pole) for measuring the ground impedance of the ground electrode (E pole) to be measured. A variable frequency sine wave voltage generator for generating and outputting a sinusoidal low voltage of ˜10 [MHz]; and amplifying the low voltage output from the variable frequency sine wave voltage generator below 30 [V] (human safety voltage limit). A lower power output impedance, the power amplifier for applying a current of up to 200 mA to the current auxiliary pole (C pole); and a frequency band of 1 [Hz] applied to the current auxiliary pole (C pole) by the power amplifier. The measured value of the potential difference (V E -P ) between the ground electrode (E pole) and the voltage auxiliary electrode (P pole) generated by the current of 10 [MHz] and the current (I) flowing through the ground electrode (E pole). An A / D converter for converting an analog signal into a digital signal; To output the potential difference transmitted from the eyidi converter (V E -P) and an external noise component is removed, and the variable frequency sine-wave voltage generator at a voltage and a current of the same frequency which is mixed in the measured value of the current (I) An impedance calculator which detects only components and calculates a reliable ground impedance by applying a calculation formula to the measured values of the potential difference (V E -P ) and the current (I) from which external interference has been removed; and the impedance calculator And a graphic display for outputting the result as a graph and text and outputting the result as an image.
또한, 상기 임피던스 산출부는 정확한 임피던스의 산출을 위해 상기 A/D 변환기에서 전송되는 전위차(VE -P)와 전류(I)의 측정값에 혼입된 외부 노이즈성분은 제거하고, 상기 가변주파수 정현파 전압발생부에서 인가한 동일한 주파수의 전압 및 전류 성분만을 검출하여 외부간섭을 제거하도록 하는 것으로, 전위차(VE -P) 측정값이 입력되는 디지털 전압 대역통과필터와, 전류(I) 측정값이 입력되는 디지털 전류 대역통과필터로 구성되는 디지털 필터와, 상기 디지털 필터에서 전송된 전위차(VE -P) 및 전류(I)의 측정값을 신뢰도 높은 접지임피던스를 산출하기 위한 산출공식을 적용하여 산출하는 마이크로프로세서(MPU)로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the impedance calculation unit removes the external noise component mixed in the measured value of the potential difference (V E -P ) and the current (I) transmitted from the A / D converter, and the variable frequency sinusoidal voltage Detects only the voltage and current components of the same frequency applied by the generator to remove external interference. The digital voltage bandpass filter to which the potential difference (V E -P ) measurement value is input and the current (I) measurement value are input. A digital filter comprising a digital current bandpass filter and a measured value of the potential difference (V E -P ) and the current (I) transmitted from the digital filter are calculated by applying a calculation formula for calculating a reliable ground impedance. It is characterized by consisting of a microprocessor (MPU).
또한, 상기 가변주파수 정현파 전압발생부는 사용자에 의해서 선택되는 인가전압의 크기 및 주파수가 입력되고, 그 입력 값을 상기 마이크로프로세서로 전송하는 입력부와, 상기 마이크로프로세서로 전송된 입력 값에 대한 디지털 제어신호를 아날로그 제어신호로 변환하는 D/A 변환부와, 상기 D/A 변환부에서 전송된 제어신호를 수신하여 사용자에 의해서 선택된 입력 값에 맞는 주파수 대역의 정현파 전압을 출력하는 가변주파수 정현파 발생기(VFSG:Variable Frequency Sinewave Generator)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the variable frequency sinusoidal voltage generator is input to the magnitude and frequency of the applied voltage selected by the user, the input unit for transmitting the input value to the microprocessor, and a digital control signal for the input value transmitted to the microprocessor And a variable frequency sine wave generator (VFSG) for receiving a control signal transmitted from the D / A converter and outputting a sine wave voltage of a frequency band corresponding to an input value selected by a user. : Variable Frequency Sinewave Generator).
또한, 상기 입력부는 키보드 또는 터치스크린 중에서 선택된 어느 하나를 사용하거나 둘을 조합하여 사용하는 것을 특징으로 한다.The input unit may use any one selected from a keyboard or a touch screen, or use a combination of the two.
또한, 상기 산출공식은 Zg = Rg + jXg [Ω] 이 사용되며,In addition, the calculation formula is Z g = R g + jX g [Ω] is used,
상기 Zg는 접지임피던스, Rg는 저항성분, Xg는 리액턴스 성분을 의미하는 것을 특징으로 한다.Z g is a ground impedance, R g is a resistance component, and X g is a reactance component.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 접지임피던스의 고정도 측정장치에 의하면, 가변주파수 정현파 전압발생부를 통해서 주파수 대역 1[㎐] ~ 10[㎒]의 정현파 전압을 대지에 인가하여 접지계의 접지임피던스를 측정할 수 있으므로, 60[㎐] 상용주파수에서 고주파 10[㎒]까지 다양한 주파수에 대한 접지계의 성능을 예측할 수 있을 뿐만 아니라, 정현파 전압을 인가하여 측정함으로써 종래에 구형파 전압을 인가할 때 발생할 수 있는 측정오차를 제거하여 측정값의 신뢰도를 높일 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the high-precision measuring device of the grounding impedance according to the present invention, the grounding impedance of the grounding system is applied by applying a sinusoidal voltage of frequency band 1 [Hz] to 10 [MHz] to the ground through the variable frequency sinusoidal voltage generator. As it can measure, it can not only predict the performance of the grounding system for various frequencies from 60 [Hz] commercial frequency to 10 [MHz] high frequency, but also by applying sinusoidal voltage and measuring it. It is effective to remove the measurement error, which increases the reliability of the measured value.
또한, 접지계의 접지임피던스 측정시에 접지계의 저항 외에 접지극과 접지선의 인덕턴스와, 토양의 비유전율 및 접지극과 토양의 접촉상태에 따른 캐패시턴스를 고려하여 측정함으로, 측정값에 신뢰도를 한층 더 높일 수 있는 효과가 있다.In addition, when measuring the grounding impedance of the grounding system, in addition to the resistance of the grounding system, the inductance of the ground electrode and the ground wire is measured in consideration of the relative dielectric constant of the ground and the capacitance according to the contact state of the ground electrode and the soil, thereby further increasing the reliability of the measured value. It can be effective.
도 1은 본 발명의 접지임피던스의 고정도 측정장치의 블럭도
도 2는 도 1에 도시된 접지임피던스의 고정도 측정장치의 전력증폭부 회로도
도 3은 도 1에 도시된 접지임피던스의 고정도 측정장치의 그래픽 디스플레이를 도시한 도면1 is a block diagram of a high-precision measuring device of the ground impedance of the present invention
FIG. 2 is a circuit diagram of a power amplifier of the high-precision measuring device of the ground impedance shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a graphic display of the high-precision measuring device of the ground impedance shown in FIG.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 접지임피던스의 고정도 측정장치를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.The high-precision measuring device of the ground impedance according to the preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 접지임피던스의 고정도 측정장치를 도시한 것으로, 도 1은 본 발명의 접지임피던스의 고정도 측정장치의 블럭도를, 도 2는 도 1에 도시된 접지임피던스의 고정도 측정장치의 전력증폭부 회로도를, 도 3은 도 1에 도시된 접지임피던스의 고정도 측정장치의 그래픽 디스플레이를 도시한 도면을 각각 나타낸 것이다.1 to 3 show a high-precision measuring device of the ground impedance according to an embodiment of the present invention, Figure 1 is a block diagram of a high-precision measuring device of the ground impedance of the present invention, Figure 2 is shown in FIG. Figure 3 is a circuit diagram of the power amplifier of the high-precision measuring device of the grounding impedance, Figure 3 is a view showing a graphic display of the high-precision measuring device of the grounding impedance shown in FIG.
상기 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 접지임피던스의 고정도 측정장치(100)는 가변주파수 정현파 전압발생부(10)와, 전력증폭부(20)와, A/D 변환기(30)와, 임피던스 산출부(40)와, 그래픽 디스플레이(50)를 포함하고 있다.As shown in the figure, the high-
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 가변주파수 정현파 전압발생부(10)는 측정하고자 하는 접지극(E극)의 접지임피던스 측정을 위해 전류보조극(C극)에 인가할 주파수 대역 1[㎐] ~ 10[㎒]의 정현파 저전압을 생성하여 출력하는 것으로, As shown in FIG. 1, the variable frequency
사용자에 의해서 선택되는 인가 전압의 크기 및 주파수가 입력되고, 그 입력 값을 후설될 마이크로프로세서(42)로 전송하는 입력부(11)와, 상기 마이크로프로세서(42)로 전송된 입력 값에 대한 디지털 제어신호를 아날로그 제어신호로 변환하는 D/A 변환부(12)와, 상기 D/A 변환부(12)에서 전송된 제어신호를 수신하여 사용자에 의해서 선택된 입력 값에 맞는 주파수 대역의 정현파 전압을 출력하는 가변주파수 정현파 발생기(13,VFSG:Variable Frequency Sinewave Generator)를 포함하여 구성되되, 상기 입력부(11)는 키보드 또는 터치스크린 중에서 선택된 어느 하나를 사용하거나 둘을 조합하여 사용하는 것을 특징으로 한다.A magnitude and frequency of an applied voltage selected by a user are input, and an
여기서, 상기 가변주파수 정현파 전압발생부(10)를 통해서 주파수 대역 1[㎐] ~ 10[㎒]의 정현파 전압을 대지에 인가하여 접지계의 접지임피던스를 측정할 수 있으므로, 60[㎐] 상용주파수에서 고주파 10[㎒]까지 다양한 주파수에 대한 접지계의 성능을 예측할 수 있을 뿐만 아니라, 정현파 전압을 인가하여 측정함으로써 아래의 [그림 1]과 같이 종래에 구형파 전압을 인가시에 구형파의 상승부에 인덕턴스(L), 캐패시턴스(C)의 공진으로 인해 발생하는 오차를 제거하여 측정값의 신뢰도를 높일 수 있는 효과가 있다.Here, by applying the sinusoidal voltage of the frequency band 1 [Hz] ~ 10 [MHz] to the ground through the variable frequency
[그림 1] 주파수 128[Hz]의 구형파를 인가하였을 때 상용 주파수 60[Hz], 인덕턴스(L), 캐패시턴스(C)의 영향으로 인가 주파수 128[Hz]에 왜곡이 발생한 모습[Figure 1] Distortion occurs at the applied frequency of 128 [Hz] due to the influence of commercial frequency 60 [Hz], inductance ( L ), capacitance ( C ) when square wave of 128 [Hz] is applied
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전력증폭부(20)는 상기 가변주파수 정현파 전압발생부(10)에서 출력된 저전압을 최대 30[V](인체접촉 안전전압 한계 값) 이하로 증폭하고, 출력임피던스는 낮추어 전류보조극(C극)에 최대 200[㎃] 전류를 인가하도록 한다.1 and 2, the
종래의 연구용 접지저항 측정장치는 최대공급전류를 50A까지 인가하여 인체 접촉시 감전사 위험을 내포하고 있지만, 본 발명의 접지임피던스의 고정도 측정장치(100)는 전력증폭부(20)를 통해 30[V] 이하로 증폭하여 최대 200[㎃] 전류를 인가하여 장치의 안정성을 확보할 수 있는 장점이 있다.Conventional grounding resistance measuring apparatus for applying the maximum supply current up to 50A implies the risk of electrocution when the human body contacts, but the grounding impedance measuring
본 발명의 실시예에 따른 접지임피던스의 고정도 측정장치(100)의 전력증폭부(20)로 연산증폭기를 사용하나 이에 한정하여 사용하는 것은 물론 아니다.Although an operational amplifier is used as the
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 A/D 변환기(30)는 상기 전력증폭부(20)에서 전류보조극(C극)에 인가하는 주파수 대역 1[㎐] ~ 10[㎒]의 전류에 의해서 발생하는 접지극(E극)와 전압보조극(P극)의 전위차(VE -P)와, 접지극(E극)로 흐르는 전류(I)의 측정값에 대한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 장치이다.1 and 2, the A /
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 임피던스 산출부(40)는 정확한 임피던스의 산출을 위해 상기 A/D 변환기(30)에서 전송되는 전위차(VE -P)와 전류(I)의 측정값에 혼입된 외부 노이즈성분은 제거하고, 상기 가변주파수 정현파 전압발생부(10)에서 인가한 동일한 주파수의 전압 및 전류 성분만을 검출하여 외부간섭을 제거하도록 하는 것으로, 전위차(VE -P) 측정값이 입력되는 디지털 전압 대역통과필터(41a)와, 전류(I) 측정값이 입력되는 디지털 전류 대역통과필터(41b)로 구성되는 디지털 필터(41)와, 상기 디지털 필터(41)에서 전송된 전위차(VE -P) 및 전류(I)의 측정값을 신뢰도 높은 접지임피던스를 산출하기 위한 산출공식을 적용하여 산출하는 마이크로프로세서(42,MPU)로 구성된다.As shown in FIG. 1, the
즉, 아래의 [그림 2]와 같은 주파수를 인가하였을 때, 외부 노이즈가 혼입되면, 혼입된 외부 노이즈로 인해서 아래의 [그림 3]과 같이 인가 주파수에 왜곡이 발생하며, 이러한 왜곡된 파형은 인가 주파수 파형에 비해 최고값과 최저값에 오차가 있으며, 접지 임피던스산출시 위의 오차가 그대로 반영되어 부정확한 측정값을 나타내는 반면, 상기 디지털 필터(41)를 적용하게 되면 아래의 [그림 4]와 같이 외부 노이즈가 제거되어 인가 주파수만을 검출할 수 있어 신뢰도 높은 측정값을 기대할 수 있다.That is, when external noise is mixed when the frequency shown in [Figure 2] is applied, distortion occurs in the applied frequency as shown in [Figure 3] due to the mixed external noise, and such a distorted waveform is applied. Compared to the frequency waveform, there is an error in the highest value and the lowest value, and when calculating the ground impedance, the above error is reflected to represent an incorrect measurement value. However, when the
[그림 2] 인가 주파수 파형[Figure 2] Applied Frequency Waveform
[그림 3] 외부 노이즈로 인해서 왜곡된 인가 주파수 파형[Figure 3] Frequency waveform distorted due to external noise
[그림 4] 외부 노이즈가 제거된 인가 주파수 파형[Figure 4] Frequency waveform with external noise removed
또한, 상기 산출공식으로 Zg = Rg + jXg [Ω] 이 사용되며,In addition, Z g = R g + jX g [Ω] is used as the calculation formula.
상기 Zg는 접지임피던스, Rg는 저항성분, Xg는 리액턴스 성분을 의미한다.Z g is the ground impedance, R g is the resistance component, and X g is the reactance component.
여기서, 상기 산출공식을 보다 구체적으로 살펴보면,Here, looking at the calculation formula in more detail,
주파수 영역에서의 대지가 갖는 비선형성에 기인하는 계통의 고장이나 뇌격 시와 같이 수[kHz]～수[MHz]의 고주파 성분을 갖는 과도 또는 서지전류가 유입될 때의 접지임피던스는 접지계의 저항성분(R) 외에 접지극과 접지선의 인덕턴스(L), 토양의 비유전율 및 접지극과 토양의 접촉상태에 따른 캐패시턴스(C) 등의 파라미터에 의해 특정 지워지며, 각 요인이 영향을 미치는 정도에 따라 저항성, 유도성, 용량성 접지임피던스로 나타난다. Ground impedance in case of transient or surge current with high frequency components from [kHz] to [MHz] is introduced, such as system failure or thunderstorm caused by nonlinearity of earth in frequency domain. In addition to ( R ), it is specified by parameters such as the inductance ( L ) of the ground electrode and the ground wire, the relative dielectric constant of the soil and the capacitance ( C ) according to the contact state of the ground electrode and the soil, and the resistance, depending on the degree of influence of each factor It is shown as inductive and capacitive grounding impedance.
접지계를 통하여 고주파 성분의 접지전류 I[A]가 유입되면, 이로 인해 접지극 주변의 대지에 전위상승 V[V]가 발생한다. 이때 접지임피던스는 접지저항과 마찬가지로 전위상승과 접지전류의 비 V/I = Z[Ω]으로 정의되며, 상기의 산출공식과 같이 표현된다.When the ground current I [A] of the high frequency component flows through the ground system, the potential rise V [V] occurs in the ground around the ground electrode. At this time, the ground impedance is defined as the ratio of the potential rise and the ground current V / I = Z [Ω] like the ground resistance, and is expressed as the above formula.
즉, 접지임피던스는 토양의 특성, 대지저항률, 온도, 습도, 접지극의 모양과 접속상태 등 여러 가지 요인들이 복합적으로 작용하므로 등가회로 모델로 나타내기는 쉽지 않으나, 일반적인 가정을 통한 봉상접지극의 등가회로 모델은 아래의 [그림 5]과 같이 R-L-C 집중정수회로로 나타내며, 접지임피던스의 상기 산출공식은 [산출공식 1]과 같이 표현할 수 있다. 봉상접지극은 타입 및 매설이 쉬운 형태의 전극으로 가장 간단하고 경제적이며 이론적인 해석이 용이하기 때문에 뇌격 시 서지전류하에 실제 접지계의 임피던스 분석을 위해 사용된다. That is, the ground impedance is not easy to represent as an equivalent circuit model because various factors such as soil characteristics, earth resistivity, temperature, humidity, shape and connection state of the ground electrode are complex. Is represented by the RLC centralized constant circuit as shown in [Fig. 5] below, and the calculation formula of the ground impedance can be expressed as [Calculation Formula 1]. The rod-shaped ground electrode is a type and easy-to-buy type electrode, which is used for analyzing the impedance of the actual grounding system under the surge current at the time of lightning because it is the simplest, most economical, and easy to analyze.
[그림 5] 봉상접지극의 등가회로[Figure 5] Equivalent circuit of rod-shaped ground electrode
뇌격 시, 서지전류에 의한 봉상접지극의 등가회로 및 접지임피던스에서 접지저항 은 dwight에 의해 유도된 [산출공식 2]에 의해 주어진다.In the lightning strike, the earth resistance in the equivalent circuit and ground impedance of the rod-poles due to surge current is given by [Equation 2] derived by dwight.
접지극에 고주파 성분의 서지전류가 유입될 때는 도전성 전류뿐만 아니라 접지극의 인덕턴스(L)에 의한 유도성 전류 및 접지극과 대지간의 캐패시턴스(C)에 의한 용량성 전류도 나타나게 된다. When the surge current of the high frequency component flows into the ground electrode, not only the conductive current but also the inductive current due to the inductance L of the ground electrode and the capacitive current due to the capacitance C between the ground electrode and the ground appear.
이때 봉상접지극의 인덕턴스(L) 및 캐패시턴스(C)는 [산출공식 3]과 같다.At this time, the inductance ( L ) and capacitance ( C ) of the rod-like ground electrode is the same as [Calculation Formula 3].
즉, 상기 [산출공식 1]에서 알 수 있듯이 접지계의 임피던스는 주파수에 대한 함수이므로 고주파 영역에서의 접지시스템의 성능을 평가하는 지표로 접지저항보다는 접지임피던스를 적용하여야 한다. That is, as shown in [Calculation Equation 1], since the impedance of the grounding system is a function of frequency, the grounding impedance rather than the grounding resistance should be applied as an index for evaluating the performance of the grounding system in the high frequency region.
특히, 다양한 기기의 접지시스템이 공통 접지화되는 최근의 접지기술 경향에 입각할 때 정확한 접지시스템의 성능평가를 위해서는 상기 산출공식에 의한 접지임피던스의 측정이 필요하다.In particular, when the grounding system of various devices is grounded with the recent trend of grounding technology, it is necessary to measure the grounding impedance according to the calculation formula in order to accurately evaluate the performance of the grounding system.
즉, 접지계의 접지임피던스 측정시에 접지계의 저항 외에 접지극과 접지선의 인덕턴스(L)와, 토양의 비유전율 및 접지극과 토양의 접촉상태에 따른 캐패시턴스(C)를 고려하여 측정함으로, 측정값에 신뢰도를 한층 더 높일 수 있는 효과가 있다.In other words, in measuring the ground impedance of the grounding system, the measured value is measured by considering the inductance ( L ) of the ground electrode and the ground wire, the capacitance of the ground and the capacitance ( C ) according to the contact state of the ground electrode and the soil, in addition to the resistance of the ground system. This has the effect of further increasing the reliability.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 그래픽 디스플레이(50)는 상기 임피던스 산출부(40)에서 산출된 결과를 그래프 및 텍스트로 출력하여 영상으로 출력하여 사용자에게 시각적으로 제공하도록 한다.As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the
상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 실시예에 따른 접지임피던스의 고정도 측정장치(100)은 다음과 같은 방법으로 접지계의 접지임피던스를 측정한다.High
먼저, 입력부(11)를 통해서 사용자가 측정하고자 하는 인가 전압의 크기 및 주파수가 입력되고, 입력된 정보는 마이크로프로세서(42)로 전송되어 상기 마이크로프로세서(42)의 제어를 통해서 가변주파수 정현파 발생기(13)에는 사용자에 의해 입력된 입력 값에 맞는 주파수 대역의 정현파 전압을 한다.First, the magnitude and the frequency of the applied voltage to be measured by the user are input through the
그러면, 전력증폭부(20)에서는 주파수 대역의 정현파 전압을 최대 30[V] 이하로 증폭하고, 출력임피던스는 낮추어 전류보조극(C극)에 최대 200[㎃] 전류를 인가한다.Then, the
그러면, 전류보조극(C극)에 인가되는 주파수 대역 1[㎐] ~ 10[㎒]의 전류에 의해서 발생하는 접지극(E극)와 전압보조극(P극)의 전위차(VE -P)와, 접지극(E극)로 흐르는 전류(I)의 측정값에 대한 아날로그 신호가 A/D 변환기(30)를 통과하면서 디지털 신호로 변환된다.Then, the potential difference (V E -P ) between the ground electrode (E pole) and the voltage auxiliary pole (P pole) generated by the current in the frequency band 1 [㎐] to 10 [MHz] applied to the current auxiliary pole (C pole). And an analog signal for the measured value of the current I flowing to the ground electrode (E electrode) is converted into a digital signal while passing through the A /
그러면, 디지털 신호로 변환된 전위차(VE -P)와 전류(I)의 측정값은 디지털 전압 대역통과필터(41a)와, 디지털 전류 대역통과필터(41b)에 각각 입력되어 상기 가변주파수 정현파 전압장치(13)에서 인가한 동일한 주파수의 전압 및 전류 성분만을 검출하여 외부간섭을 제거하도록 한다.Then, the measured values of the potential difference V E -P and the current I converted into the digital signal are inputted to the digital voltage
그런 후, 노이즈성분 및 외부간섭이 제거된 측정값은 상기 마이크로프로세서(42)로 입력되고, 입력된 측정값은 산출공식을 통해 산출되는 신뢰도 높은 접지임피던스의 결과를 그래픽 디스플레이(50)를 통해 사용자에게 제공하게 되는 것이다.Thereafter, the measured value from which the noise component and external interference are removed is input to the
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것으로 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 사상을 해치지 않는 범위 내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명에서 권리를 청구하는 범위는 상세한 설명의 범위 내로 정해지는 것이 아니라 후술되는 청구범위와 이의 기술적 사상에 의해 한정될 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments illustrated in the accompanying drawings, this is by way of example and not limited to the above-described embodiments, various modifications and equivalent embodiments are possible from those skilled in the art. You will understand the point. In addition, modifications by those skilled in the art can be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the claims in the present invention will not be defined within the scope of the detailed description, but will be defined by the following claims and their technical spirit.
10. 가변주파수 정현파 전압발생부 11. 입력부
12. D/A 변환부 13. 가변주파수 정현파 발생기
20. 전력증폭부 30. A/D 변환부
40. 임피던스 산출부 41. 디지털 필터
41a. 디지털 전압 대역통과필터 41b. 디지털 전류 대역통과필터
42. 마이크로프로세서 50. 그래픽 디스플레이
100. 접지임피던스의 고정도 측정장치10. Variable frequency
12. D /
20.
40.
41a. Digital
42.
100. High accuracy measuring device of earthing impedance
Claims (5)
상기 가변주파수 정현파 전압발생부(10)에서 출력된 저전압을 최대 30[V](인체접촉 안전전압 한계 값) 이하로 증폭하고, 출력임피던스는 낮추어 전류보조극(C극)에 최대 200[㎃] 전류를 인가하는 전력증폭부(20);
상기 전력증폭부(20)에서 전류보조극(C극)에 인가하는 주파수 대역 1[㎐] 내지 10[㎒]의 전류에 의해서 발생하는 접지극(E극)와 전압보조극(P극)의 전위차(VE -P)와, 접지극(E극)로 흐르는 전류(I)의 측정값에 대한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 에이디(A/D) 변환기(30);
정확한 임피던스의 산출을 위해 상기 에이디 변환기(30)에서 전송되는 전위차(VE -P)와 전류(I)의 측정값에 혼입된 외부 노이즈성분은 제거하고, 상기 가변주파수 정현파 전압발생부(10)에서 인가한 동일한 주파수의 전압 및 전류 성분만을 검출하여 외부간섭이 제거된 전위차(VE -P) 및 전류(I)의 측정값에 산출공식을 적용하여 신뢰도 높은 접지임피던스를 산출하는 임피던스 산출부(40); 및
상기 임피던스 산출부(40)에서 산출된 결과를 그래프 및 텍스트로 출력하여 영상으로 출력하여 제공하는 그래픽 디스플레이(50);를 포함하는 것을 특징으로 하는 접지임피던스의 고정도 측정장치.
A variable frequency sine wave voltage generator for generating and outputting a sine wave low voltage in the frequency band 1 [㎐] to 10 [MHz] to be applied to the current auxiliary pole (C pole) to measure the ground impedance of the ground electrode (E pole) to be measured. 10);
The low voltage output from the variable frequency sinusoidal voltage generator 10 is amplified to 30 [V] or less (maximum human safety voltage limit value) or less, and the output impedance is lowered to 200 [㎃] to the current auxiliary pole (C pole). A power amplifier 20 for applying current;
The potential difference between the ground electrode (E pole) and the voltage auxiliary electrode (P pole) generated by the current in the frequency band 1 [Hz] to 10 [MHz] applied by the power amplifier 20 to the current auxiliary pole (C pole). An AD (A / D) converter 30 for converting the analog signal for the measurement value V E -P and the current I flowing through the ground electrode E pole into a digital signal;
The variable frequency sinusoidal voltage generator 10 removes external noise components mixed in the measured value of the potential difference V E -P and the current I transmitted from the AD converter 30 to calculate an accurate impedance. Impedance calculation unit that detects only voltage and current components of the same frequency applied by and applies a calculation formula to the measured value of potential difference (V E -P ) and current (I) from which external interference is removed, and calculates a reliable ground impedance. 40); And
And a graphic display (50) for outputting the result calculated by the impedance calculation unit (40) as a graph and text and outputting the result as an image.
상기 임피던스 산출부(40)는,
정확한 임피던스의 산출을 위해 상기 에이디 변환기(30)에서 전송되는 전위차(VE -P)와 전류(I)의 측정값에 혼입된 외부 노이즈성분은 제거하고, 상기 가변주파수 정현파 전압발생부(10)에서 인가한 동일한 주파수의 전압 및 전류 성분만을 검출하여 외부간섭을 제거하도록 하는 것으로, 전위차(VE -P) 측정값이 입력되는 디지털 전압 대역통과필터(41a)와, 전류(I) 측정값이 입력되는 디지털 전류 대역통과필터(41b)로 구성되는 디지털 필터(41)와,
상기 디지털 필터(41)에서 전송된 전위차(VE -P) 및 전류(I)의 측정값을 신뢰도 높은 접지임피던스를 산출하기 위한 산출공식을 적용하여 산출하는 마이크로프로세서(42,MPU)로 구성되는 것을 특징으로 하는 접지임피던스의 고정도 측정장치.
The method of claim 1,
The impedance calculator 40,
The variable frequency sinusoidal voltage generator 10 removes external noise components incorporated into the measured values of the potential difference V E -P and the current I transmitted from the AD converter 30 to calculate an accurate impedance. By detecting only the voltage and current components of the same frequency applied by the to eliminate external interference, the digital voltage bandpass filter 41a to which the potential difference (V E -P ) measurement value is input and the current (I) measurement value A digital filter 41 composed of an input digital current band pass filter 41b,
The microprocessor 42 (MPU) calculates the measured value of the potential difference (V E -P ) and the current (I) transmitted from the digital filter 41 by applying a calculation formula for calculating a reliable ground impedance. High-precision measuring device for grounding impedance, characterized in that.
상기 가변주파수 정현파 전압발생부(10)는,
사용자에 의해서 선택되는 인가 전압의 크기 및 주파수가 입력되고, 그 입력 값을 상기 마이크로프로세서(42)로 전송하는 입력부(11)와,
상기 마이크로프로세서(42)로 전송된 입력 값에 대한 디지털 제어신호를 아날로그 제어신호로 변환하는 디에이(D/A) 변환부(12)와,
상기 디에이 변환부(12)에서 전송된 제어신호를 수신하여 사용자에 의해서 선택된 입력 값에 맞는 주파수 대역의 정현파 전압을 출력하는 가변주파수 정현파 발생기(13,VFSG:Variable Frequency Sinewave Generator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 접지임피던스의 고정도 측정장치.
The method of claim 2,
The variable frequency sine wave voltage generator 10,
An input unit 11 for inputting a magnitude and frequency of an applied voltage selected by a user and transmitting the input value to the microprocessor 42;
A digital conversion signal (D / A) converter 12 for converting a digital control signal for an input value transmitted to the microprocessor 42 into an analog control signal;
And a variable frequency sine wave generator (VFSG: Variable Frequency Sinewave Generator) for receiving the control signal transmitted from the die conversion unit 12 and outputting a sine wave voltage of a frequency band corresponding to an input value selected by the user. High accuracy measurement device for grounding impedance.
상기 입력부(11)는,
키보드 또는 터치스크린 중에서 선택된 어느 하나를 사용하거나 둘을 조합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 접지임피던스의 고정도 측정장치.
The method of claim 3, wherein
The input unit 11,
High accuracy measuring device of the grounding impedance, characterized in that using any one selected from the keyboard or the touch screen or a combination of the two.
상기 산출공식으로,
Zg = Rg + jXg [Ω] 이 사용되며,
상기 Zg는 접지임피던스, Rg는 저항성분, Xg는 리액턴스 성분을 의미하는 것을 특징으로 하는 접지임피던스의 고정도 측정장치.The method of claim 1,
In the calculation formula,
Z g = R g + jX g [Ω] is used,
Wherein Z g is the ground impedance, R g is a resistance component, X g is a high impedance measurement device of ground impedance, characterized in that the reactance component.
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