절연저항계의 절연저항 측정원리

[럭키미르]

절연저항계로 불리는 메거(MEGGER)는 직류전압을 전로에 인가하여 절연저항(絶緣抵抗)을 측정하는 기기입니다.

전로에 직류전압을 가하면 전로의 충전용량에 충전되는 전류와 전로 밖으로 누설되는 전류가 발생합니다. 

직류전압을 가하기 때문에 충전전류는 일정시간이 지나면 충전완료(포화)되어 0가 되고 전로에서 누설되는 누설 전류만 흐릅니다. 

이 누설전류값으로 인가한 직류전압을 나누어 전로의 절연(絶緣) 저항값을 계산하는 원리를 사용하여 전로의 누설저항을 측정하는 기기가 바로 절연저항계입니다(R=V/I) 

1.절연저항 측정의 원리식 입니다.

절연저항=(인가전압[v]/((충전전류(I charge)+누설전류(I leak))[A]))[ohm]

이 때 반드시 직류전원을 사용해야합니다!

측정초기에는 측정전로에 직류충전전류가 흐르면서 절연저항값이 0에 근접합니다.

측정선로의 정전용량에 충전이 완료되면 충전전류는 0가 됩니다.

이후 측정선로의 누설저항(漏泄抵抗)을 통한 누설전류만 흐르게되어 측정선로의 절연 저항값을 지침합니다.

2.충전전류(充電電流)?

충전전류가 무엇일까요?

메거 측정시 "전로/절연물/대지(충전부~대지 측정)" 또는

"전로/절연물/전로(충전부~충전부 측정)"의 경로는 일종의 콘덴서 형태가 됩니다.

위와 같이 형성되는 콘덴서 구조는 '충전부=콘덴서 극판, 절연물=콘덴서 개재물' 역할을 합니다.

콘덴서의 개재물을 사이에 둔  대지간 또는 전로간에 충전되는 직류전류가 충전전류입니다

충전전류량의 크기는 다음과 같이 개념적으로 이해할 수 있습니다. 

콘덴서의 충전판의 역할을 하게되는 전로의 단면적과 콘덴서 구조의 극간 개재물 역할을 하게되는 절연물의 유전율에 비례하고,  콘덴서 구조의 극간거리에 해당하는 전로와 전로간에 위치하고있는 절연물의 두께에 반비례하는 값이 됩니다. 

그 원리식은 다음과 같습니다.

Q(충전전하량)=C(커패시턴스)*V(콘덴서 양단의 전압)

[C(커패시턴스)=ε(유전율)*A(충전판 면적)/d(극판간격)]

이처럼 극판 콘덴서 구조가 형성된 절연회로에 절연저항을 측정하면서 교류전원을 사용하면 어떻게 될까요?

콘덴서 회로구조에 교류의 교번전류가 지속적으로 흐르게 되어져서 절연저항 측정이 불가능해집니다.

그래서 절연저항 측정에는 반드시 직류전원을 사용하는 것 입니다.

측정한 후에는 반드시 측정전로를 접지측과 전기적으로 접촉시켜 측정시 충전된 전하를 방전해 주어야 충전된 전하에 의한 감전이나 전기설비에 대한 악영향을 예방할 수 있습니다.

3.누설전류(漏洩電流)?

누설저항이라 함은 전기적으로 상호 절연이 되어진 구조에서 여러가지 이유로 인해 전류의 통전통로가 형성되었을 때 그 통전경로의 전기저항을 의미합니다.

예를 들면 전선과 대지간의 절연저항을 측정할 때 전선의 피복에 수분이나 불순물이 함유된 부분이 있어서 그 부분을 통해서 대지와 미미한 통전경로를 형성할 때 그 통전경로의 전기저항을 누설저항 이라고 합니다. 즉 전기적인 연결이 끊어져 전류가 흐르지 않아야 할 부분으로 전류가 흐르는 것이므로 누설(漏洩)이라고 표현하는 것 입니다.

이 누설경로를 통해서 흐르는 전류를 누설전류라고 합니다.

이 누설전류값으로 메거의 측정전압을 나누어 누설경로의 절연저항 값을 측정합니다.(R=V/I)

4.메거라는 이름?!

절연저항계를 메거라고 부르는 이유입니다.

1[Mega Ohm]=1백만[Ohm]으로 매우 큰 저항값을 의미합니다.

500[V] 직류전압을 인가하는 메거로 절연저항을 측정했을때 1메거오옴의 절연저항이 나왔다면 그 측정회로에 흐르는 누설전류값은 약 "0.0005[A]=0.5[mA]"가 됩니다.

"500(V)/(0.5mA)=1,000,000[Ohm]=1[M Ohm]"

인체 보호용 누전차단기의 차단정격이 30(mA)인 것을 생각하면 인체 보호용 누전차단기가 동작하지 않을 정도로 매우 작은 누설전류값 입니다.

그래서 220[v] 저압선로의 절연저항 허용치가 약 1[M Ohm] 정도면 양호한 것으로 판정하는 것 입니다.

(참조로 2021년 1.1부터 절연저항 기준치가 바뀔 예정입니다. 현재 110V 0.1MΩ, 220V 0.2MΩ, 380V 0.3MΩ, 440V 0.4MΩ이상에서 220V 이상이면 1MΩ 이상이도록 개정됩니다. 2021년부터 국내의 저압기준이 교류 1000V, 직류 1500V 이하로 국제기준과 통일되기 때문에 절연저항기준이 바뀌는 것이니 참조하시기 바랍니다)

변경전 기준입니다.

2021.01.01. 변경예정 기준입니다.

제52조(저압전로의 절연성능)

전로의 사용전압 V	메거 DC시험전압 V	절연저항 기준값 MΩ
SELV 및 PELV	250	0.5
FELV, 500V 이하	500	1.0
500V 초과	1,000	1.0
[주] 특별저압(extra low voltage : 2차 전압이 AC 50V, DC 120V 이하)으로 SELV(비접지회로 구성) 및 PELV(접지회로 구성)은 1차와 2차가 전기적으로 절연된 회로, FELV는 1차와 2차가 전기적으로 절연되지 않은 회로

1메거옴의 절연저항은 매우 큰 저항값 입니다.

매우 견고한 절연상태(전기적인 연결이 끊어져있는 상태)라는 것이지요!

정상적인 절연회로의 경우에 절연저항 값은 매우 큰 저항값을 가지게 되므로 절연저항계는 1백만(Mega)단위의 저항눈금을 가지도록 만든 계기 입니다.

그래서 절연저항계를 "메거"라고 부르게된 것 입니다. 

5.저압 하이퍼테스트?!

절연저항 측정은 저압선로에 실시하는 일종의 하이퍼테스트라고 할 수 있습니다.
"Hi-potential Test"는 고압의 도전경로와 절연물 사이에 높은 전압의 직류를 인가하여 충전부에 충전과 쌍극자(雙極子) 변위가 완료되어 충전전류와 변위전류(變位電流)가 0가 된 이후의 규정시간당 누설전류를 측정하여 선로의 절연상태를 확인하는 방법입니다.

(변위전류는 고전압을 절연물에 인가했을 때 발생하는 원자단위의 전자궤도 변형에 소요되는 전류로 메거의 인가전압에서는 크게 작용하지 않는 내용이니 관심이 있으신 분만 참조하시기 바랍니다)

고압전로의 하이퍼테스트를 저압선로에 적용하여 해당 저압회로의 사용전압보다 약간 높은 직류전압으로 일종의 하이퍼테스트를 시행하는 것이 메거측정이라고 생각할 수 있습니다.

또한 메거를 이용해서 고압/특고압 전로의 기본적인 절연을 측정하기도 합니다.

그리고 이러한 메거의 원리를 이해하면 메거를 계측제어회로에서 사용하지는 않아야 되겠지요*^^*

메거를 계장설비나 약전회로에 사용하면 회로중 내전압이 약한 소자들이 소손되어 버리기 때문에 해당 소자들은 분리한 상태에서 측정해야 합니다.

실무에서 주의해야 할 사항입니다.

모든 행운을 빕니다.

절연저항계 샘플

[전기이변]

와 잘보고가요

[사시랑이]

도움되는 글에 감사드립니다...^^

[럭키미르]

고맙습니다^^

[합격예비자]

좋은 내용 감사해요

[난참긍정적이야]

글쓴이님 질문이있습니다.
제가 궁금한건 선간의 절연저항을 측정할때 스위치나 콘센트부분이 열려있어 폐회로가되지않아 측정기에서나간전류가 어떻게 돌아오지라는 고민이 있었습니다.
님의 글을 이해해보자면 직류전압이 인가되며 충전이 된 후 누설전류가 발생하면서 그 전류가 흐르면서 임의의 폐회로가 만들어져서 저항이측정되는것인가요?