접지저항측정법

[새벽하늘]

   접지 저항 측정법   

양호한 접지 시스템은 장비 보호, 정전기에 대한 보호, 그리고 장비 운용자를 안전하게 보호한다.  또한 접지 시스템은 합선에 의한 지락 전류, 낙뢰 전류, 그리고 전력선 혹은 내 외부의 강한 급작 전압(Surge Voltage) 혹은 전류로부터 통신 및 각종 제어 장치 손상을 예방한다. 그러므로 접지 시스템이 이러한 본래의 보호 기능을 수행하기 위해서는 세계적으로 공인된 IEEE, ANSI, NEC, OSHA등의 규정에 의한 권고 사양을 만족시키는 높은 신뢰성의 접지시스템이 요구되며, 이러한 안정성과 신뢰성을 지닌 접지시스템을 시공하기 위해서는 정확한 접지 저항 측정 및 설계가 가장 중요하다. 

1. 3-점 전위차 측정법(3-Point Fall-of-Potential Method)

1) 3-점 테스트 원리 (3-Point Test Theory)

접지 시스템의 가장 확실한 측정법은 3점 전위 측정법으로 전위차 측정법(Fall-of Potential)이라고도 한다.  (그림1)은 3-점 전위차 측정법의 기본원리를 나타내는 등가 회로 이다.

    (그림1) 3-점 전위차 측정법의 원리(3-Point Test Theory)

여기서는 디지털 접지저항 측정기인 AEMC4500을 예로 들어 설명하겠다.   측정 방법은 2개의 측정 탐침 전극을 이용하여, 측정하고자 하는 접지봉으로부터 일직선 상으로 원 거리로 이격된 지점(Z점)에 고정으로 탐침 하나를 박아 놓고 다른 하나(Y점)를 일정 간격으로 (Z)점을 향해 박아 나가며 측정하는 방법이다.   측정 원리는  측정하려는 접지 시스템(X)과 원거리 점(Z)에 고정된 측정전극(Z) 사이로 장비의 전류 원에서 일정한 전류를 공급하고, 다른 한 개의 측정전극(Y)은 접지봉(X)과 측정전극 (Z)사이에서 일직선 등거리 간격으로 (Z)점을 향해 대지에 박아 접지봉(X)과 측정 전극(Y) 사이의 전압 강하를 측정하는 것이다.

(그림2)는 3점 접지 저항측정의 구성도를 나타낸다.

(그림2) 접지 저항 측정의 구성도

따라서 이러한 방법으로 측정하여 얻은 데이터는 하기의 "옴의 법칙(Ohm's law")에 의하여 저항 값으로 환산되어 측정기의 계기판으로 표시된다.

R  =  E / I (전압 / 전류)

2) 3-점 측정 절차

정확한 접지저항 측정을 위해서는 가동중인 시스템의 전원을 끄고 접지 시스템을 분리하도록 하며, 또한 가동중인 시스템의 운용 상황을 확인한 후에 접지를 분리를 하도록 한다.

 (그림2)로부터  3-점 전위 측정 절차는 다음과 같다.

가. 사용중인 시스템을 멈추고 접지 시스템을 분리한다.

나. 계측기상의 C1 과 P1을 금속판으로 단락(Short) 시킨다.

다. C1을 측정하려고 하는 접지봉(X-점)이나 접지 시스템으로 연결한다.

라. 측정하려는 접지봉 길이의 약 5-10배 의 거리에 측정 탐침 전극(Z 점용)을 박은 후 측정기의 C2에 연결한다.

마. 측정 탐침 전극(Y-점용)을 측정하려는 접지봉으로부터 일직선 상으로 가장 가까운 거리로부터 시작하여 대지에 박고 P2에 연결한 후 측정을 시작한다. 이때 Y 점의 측정거리는 통상적으로 Z-점까지의 전체 거리의 10% 정도로 하여 10회 측정한다.

바. 측정기의 테스트 전류 선택범위 (10mA, 20mA, 50mA) 및 저항 선택범위(10Ω, 20Ω....)를 정하고 테스트 버튼을 누른 상태에서 측정기의 LCD계기판에 표시된 값을 읽는다. 이때  표시판이 깜박거리게 되면 전류선택 및 저항 선택범위를 바꾸어준 후 다시 테스트한다.  LCD 계기판에 변화 없는 안정된 값이 표시되면 이 값을 접지저항 측정용 기록지에 기록한다.

사. 측정 탐침 전극 (Y 점용)을 10%씩 증가 시켜가며 (마), (바)의 방법으로 테스트를 계속한다.

아. 측정이 끝나면  X축을 측정거리로 Y축을 접지저항으로 하는 XY 그래프를 측정한 데이터를 이용하여 그린다. 일반적으로 전체 측정거리(Z점)까지의 약 62% 되는 지점의 Y축 저항이 측정하려는 접지 시스템의 접지 저항이 된다. (그림3)

자. (그림3)와 같이 평탄한 측정면이 얻어지게 되면 측정하려는 접지시스템의 저항(약62% 지점)을 그래프로부터 읽어 접지저항 측정 기록표에 기록한다.

차. (그림4)와 같은 선형적인 증가 측정 곡선을 얻게 되면 잘못 측정된 것이므로  (Z)거리를 충분히 이격 시켜 다시 측정한다.

(그림3)는 3점 전위 측정시의 유효한 측정 데이터 곡선을 나타낸다.

그림에서 전체 측정 거리의 약62% 지점에서 평탄한 데이터 곡선을 갖음을 알 수 있다.

     

<그림3> 유효 측정 데이터 곡선 (Valid Test Graph)

(그림4)는 측정 전류에 의한 대지 전계구의 형성을 나타낸다.

측정시 접지시스템과 측정 탐침 간의 대지 전계구가 중첩되지 않도록 측정회로를 구성해야만 한다.

(그림4) 정확한 측정을 위한 측정 회로의 구성

(그림5)는 접지 저항 측정시 대지 전계구의 중첩 현상에 의해 측정된 데이터 측정 곡선을 나타내고 있다.  그림에서 보는 바와 같이 측정 곡선은 대지 전계구의 영향으로 거의 선형적으로 증가하게 되며 매우 낮은 접지저항치를 얻게 된다.  또한  측정방향과 측정위치에 따라 측정값이 변화되는 부정확한 측정 데이터를 얻게 된다.

(그림6)는 부정확한 측정의 원인이 되는 대지전계의 중첩 현상이 발생하는 측정 회로의 잘못된 구성을 나타낸다.

(그림5) 부정확한 측정 곡선 (Invalid Test Graph)

(그림6) 부정확한 측정회로의 구성

※  주의 사항  ※

(1) 측정한 데이터를 이용하여 측정 그래프를 그린 결과가 (그림5)와 같이 평탄한 지점이 없이 선형적인 증가치를 갖는 곡선 그래프를 얻었다면 틀린 값이 측정된 것이므로 측정 조건을 달리하여 재측정을 하여야 한다.

(2) 이러한 잘못된 결과를 얻게 되는 이유는 (그림5)에서 X 점과 Z 점이 충분한 거리 (측정하려는 접지 접지봉 길이의 약5∼10배)로 이격 되지 않음으로 인하여 대지 전계의 영향 범위인 전계 반구(semi-sphere)가 겹침으로써 나타난다.  따라서 측정 시 X점과 Z점간의 거리는 충분히 (측정하려는 접지봉 길이의 약5∼10배 혹은 50m ~100m) 이격 시킨 후 측정하도록 한다.

(3) 원거리 보조 전극 (Z)의 이격 거리에 대한 정확한 정의는 주어지지 않는 이격 거리는 접지봉의 직경, 길이, 측정 위치의 토질 상태, 지질구조, 그리고 특히  접지봉의 수량 혹은 접지 면적에 크게 영향을 받게 된다.

하지만 측정 위치 내의 토양이 비슷한 성분으로 구성되었다고 가정하여 접지봉의 길이에 5∼10배로 이격하여 측정한다.

3) 측정 장비

(1) AEMC4500( NEC, IEEE, ANSI 규정 만족)
 

     

(그림7) 접지 저항 측정기 : AEMC4500