KR20160002428A - 중성선 공용접지 환경에서의 누전점 탐사방법 - Google Patents

Abstract

저압망 접지구성과 무관하게 전력선 품질불량 개소 파악 가능으로 안전사고 예방 및 전력공급 품질 향상

Description

중성선 공용접지 환경에서 누전점 탐사방법 {Pinpointing the earth leaking point under TN-C environment}

중성선 공용접지 회선 경로 누전

KR 10-0816101 B1

이전의 국내 저압망 접지구성은 <도 1>과 같이 전원[한전 변압기]의 중성선은 외함과 대지 공용접지(PEN, TN)되었지만, 나머지 저압망, 고객의 중성선은 비접지(TT)된 TN과 TT접지망의 혼용 구성이다. 만약 저압망 등에서 누전 발생시 누전전류는 중성선이 비접지되어 대지접지만을 통해 변압기 외함 접지단자에 도달하게 되고 외함에 연결된 편조선을 거쳐 변압기 저압권선의 중성점에 귀환되는 구조였다.

즉 <도 2>와 같이 누전발생점에서 누전전류는 저압망 중성선과 별도의 대지접지만을 통해 변압기 외함에 도달하고 변압기 외함에 연결된 편조선을 거쳐야만 변압기 저압권선의 중성점 만약 접지에 의한 누전전압 해소가 이뤄지지 않으면 감전사고를 유발할 수 있는에 귀환되는 구조이며 대지저항 크기(거리 등)에 따라 누전 전압 해소여부가 결정되는 위험한 구조였다.

그러던 중 수년 전 대형 감전사건 이후 상기 TN-TT혼용 접지방식의 문제점인 변압기 중성점까지 귀환저항을 줄여 감전사고 예방하고자 전원(변압기)뿐 아니라 저압망의 중성선을 구조물(맨홀 등), 입상 등에서 <도 3>과 <도 4>와 같이 대지접지 외함에 연결하여 전원(변압기)은 물론 저압망도 중성선 다중 접지(TN-C)환경으로 변경 완료하였다.

이에 우리나라는 고객측 설비만 중성선 분리하고 공급자(전원과 저압망)설비는 중성선 접지된 IEC 권고 TN-C 접지구성을 따르게 된 것이다.

위에서 설명과 같이 한전 저압망 접지구성 TN-C로 변경되어 <도 5>와 같이 저압망 중간에서 누전 발생하면 누전전류는 이전처럼 변압기까지 갈 필요없이 누전점에서 최단거리에 위치한 저압망 접지점과 연결된 중성선을 통해 변압기 중성점으로 귀환하게 된다. 이에 따라 누전전류는 더 이상 옛날같이 변압기 내 편조선을 통하여만 변압기 중성점에 귀환되는 방식이 아닌 것이다.

그러나 이러한 저압망 접지환경 변화에도 불구하고 여전히 변압기 편조선 전류를 누전전류라 판단하고 누전탐사 시행하고 있다. 실제 누전 발생하는 <도 5>의 경우에는 편조선 전류 흐르지 않아 누전 아니라며 탐사하지 않고 있는 반면, <도 6>과 같이 중성전류 일부(12A)가 공용접지 고압선 중성선 통해 우회 귀환하는 것은 누전이 아님에도 불구하고 편조선 전류가 흐른다며 누전탐사하고 있다.

이전 누전탐사 기술은 TN-TT 접지혼용 환경에서는 가능할 수 있었으나 TN-C-S 환경에서는 탐사 불가능하다.

즉 이전 접지 구성(중성선 비접지)에서 <도 7>의 변압기 편조전선 제거 후 저항 삽입하고 양단(neutral-earth)에 DC 50V 이하의 맥류탐사신호 +가 중성선 통해 누전점에 도달하여 대지접지와 변압기외함에 연결된 편조선으로 맥류탐사 신호 -가 귀환되어 누전점 탐사 가능하였으나,

현재 저압망 중성선 다중접지(TN-C-S) 환경에서는 <도 8>의 변압기 편조선에서 맥류탐사 신호 +는 중성선을 타고 이동하다가 누전점 도달 이전에 구조물 내 중성선 접지 통해 -가 편조선으로 모두 귀환되어 실제 누전점에서는 신호를 검출할 수 없는 것이다.

출원인은 현재 이전 접지망 구성에서나 가능한 변압기 편조선에 흐르는 전류가 누전전류라고 판단하고, 또한 누전점을 파악하기 위해 편조선 양단에 dc전압을 인가하여 중성선과 대지접지 사의 전압을 지상에서 탐사하여 왔던 방식을,

중성선 접지방식의 영향을 받지않도록 대지접지 사용하지 않고 저압선 상선과 중성선 양단에 저(低)저항 회로를 빠르게 연결-분리(스위칭)하여 전류임펄스 신호를 발생하고, 상기 전류임펄스 신호에 의해 전력선 근처에서 발생하는 자계신호 측정하여 변압기, 저압망 연결점(구조물) 등에서 저압선의 연결 구성 파악하는 단계, 상기 저압선의 연결 구성 파악한 결과에 따라 시점(변압기)과 종점(고객설비) 등에서 시간 동기되어 전압, 임피던스 등을 측정, 비교하여 불량 의심 저압선을 파악하는 단계, 저압망의 중성선 공용접지점(PEN점)에서 저압선별 전선에 흐르는 전류 값 등을 측정하여 누전의심 연결점 구간을 파악하는 단계, 상기 누전의심 연결점 구간의 지상에서 상기 전류임펄스 신호에 의해 발생되는 자계신호를 검출하며 이동하고 상용전압 주파수 대지전위 상승점을 파악하여 누전점을 검출하는 단계, 상기 대지전위 상승점의 일점에서 주변 360도의 어느 점보다 상용전압 주파수 전위와 상용전압 주파수 전류값이 높은 곳을 누전점으로 파악하는 단계 등을 포함하는 것을 특징으로 하는 중성선 공용접지 환경에서 누전점 탐사방법

저압망 접지구성과 무관하게 전력선 품질불량 개소 파악 가능으로 안전사고 예방 및 전력공급 품질 향상

<도 1> TN-TT접지 혼용 저압망에서 누전전류 귀환 간략도
<도 2> TN-TT접지 혼용 저압망에서 누전전류 귀환 회로도
<도 3> 지중 구조물 내에서 중성선 공용접지 모습
<도 4> 지중구조물 내,외에서 중성선 공용접지 모습
<도 5> 저압망 중성선 다중접지 시 누전전류 귀환도
<도 6> 저압망 중성선 다중접지 시 우회전류를 누전 오인 사례
<도 7> 저압망 중간경로 중성선 비접지시 활선 누전탐사 회로
<도 8> 저압망 중간경로 중성선 다중접지 시 활선 누전탐사 회로
<도 9> 본 출원의 저압망 누전경로탐사 업무 순서도
<도 10> 본 출원의 저압망 누전경로탐사 모습
<도 11> 본 출원의 저압망 누전경로탐사를 위한 전송장치 회로
<도 12> 본 출원의 저압망 누전경로탐사 위한 장치 구성
<도 13> 누전점에서 대지전위 상승점 표시
<도 14> 대지전위 최대 상승점에서 전압/전류가 360도 주변 확인방법
<도 15> 신호레벨 1
<도 16> 신호레벨 2
<도 17> 신호레벨 3
<도 18>고객설비 루프임피던스 등 측정

신 환경에서 지중 저압망은 다수 PEN점 가져 저압선 절연불량 귀환저항 대폭 감소되어 절연불량 대지전위를 신속히 제거할 수 있어 보행인 감전사고는 줄어들게 되었다.

이전 환경에서는 지중 저압망에서 PEN점을 변압기 혼자 가졌기 때문에 저압선 아닌 변압기 단위 품질관리 가능할 수 있었지만,

신 환경에서는 다수 PEN점이 저압망에 분산되어 존재하기 때문에 이전 같이 변압기 한 곳에서 판단하고 관리하는 것은 불가능하다.

결국 신 환경에서는 모든 저압망 구간을 따라 저압선별 연결구성 파악하고 저압선 조합별 각 전선에 흐르는 부하전류 총합 측정해 저압선 절연불량 또는 의심 매설구간을 파악하여 지상에서 이동하며 설치 경로상의 대지전위 측정하여 절연불량점 파악하여야 한다.

<도 9>는 출원기술이 신 접지환경에서 절연불량점 파악하기 위해 저압선 단위 절연불량점 검출을 위한 대지전위 경로탐사를 다음 단계별 시행한다.

변압기 연결된 저압선 구성 탐사결과 이용하여 변압기 저압선(시점)과 고객설비(부하) 등에서 전압파형 및 임피던스 측정 비교등을 통해 불량 의심 저압선 파악하는 단계; 저압망 PEN점 등에서 불량 의심 저압선 조합의 부하/누전전류 등을 측정하여 저압선0 불량 의심구간 파악하는 단계; 불량의심 저압선 부하측에서 대지전위 경로탐사 전송한 신호를 이동수신하며 대지전위 측정하여 절연불량점 파악하는 단계;포함한다

<도 12>는 대지전위 경로탐사 작업을 위한 장치의 구성을 보여주고 있다. 변압기에 타임동기 전압파형 측정기(8)을 설치하고 절연불량 의심 저압선 부하측에 탐사신호 송신기(5)를 설치하여 연속하여 지중 저압망(2)에 탐사신호 전송하고 지상에서 경로탐사 장치(3)로 매설경로 파악하고 그 뒤를 따라 대지전위측정(4)하여 절연불량점(8)을 탐사한다.

신 환경에서 유일한 중성선 비접지(TT) 운전은 고객설비뿐이다. 지중 저압선 정비진단 업무에서 고객설비는 자유롭게 전압원을 취할 수 있는 중요한 장소이며 반면 저압망 중간 경로 (PEN점) 에서는 저압선 절연 처리되어 전압원을 얻을 수 없다.

저압선 단위 시점인 전원변압기와 종점인 부하 고객설비를 정확히 파악하고 두점간 시간동기 후 전압파형 등을 측정하여 저압선의 선간단락 / 지락 및 접지불량 등의 불량 사전 검출하여 품질관리 및 정비로 고품질 전력공급이 가능하다.

또한 중성선 비접지 고객설비의 접지저항 등을 <도18>과 같이 측정한다 먼저 저압선 양단의 루프임피던스를 측정하고 그 다음에 측정하고자 하는 장소의 루프임피던스를 측정하여 차값을 상기 장소의 루프임피던스로 기록한다

고객설비 접지저항 측정으로 최근접 PEN점을 통한 최대 지락 /단락 고장 전류 등 보호협조 자료 제공 가능하여 재생에너지원 등의 마이크로그리드 망과의 연계용 자료 작성 가능으로 배전망 현대화 작업이 수월하게 진행될 수 있다.

부호없음

Claims (1)

1. 중성선 다중 공용접지된 지중 저압망에서 절연불량점 등의 품질관리를 위해,
   저압선 연결 구성정보를 탐사하는 단계;
   저압선의 시점과 종점에서 시간 동기되어 파형, 임피던스 등을 측정하여 불량의심 저압선을 파악하는 단계;
   상기 불량의심 저압선을 상기 중성선 다중 공용접지 개소 등에서 전류값 등을 측정하여 불량 의심구간을 파악하는 단계;
   불량의심 구간에서 상기 불량의심 저압선의 부하에서 송신하는 전류임펄스 신호를 수신하여 경로탐사하고 동시에 상용전압 주파수 전압값을 측정하는 것을 특징으로
   하는 중성선 공용접지 환경에서 누전점 탐사방법

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