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문제 정의
- 실증실험은 TN-S, TN-C 및 TT 접지계통에 대해 루프임피던스와 차단기 동작특성시험을 통해 건축전기설비 시공 및 검사시 검토를 요하는 사항을 도출하기 위해 실시하였다. 선로길이, 보호도체 저항값, 접지 저항을 파라메터로 하여 각각을 변경시켜 가 계통별 루프임피던스 특징, 장비별 특이점, 보호도체 저항값이 불량할 경우 발생되는 현상, 추가접지 시공 시 현상에 대해 실증실험을 실시하였다.
제안 방법
- Loop Impedance 특성 분석을 위해 저항성분을 측정하는 multi-meter와 Loop impedance 측정을 위해 개발된 장비를 이용하여 실험을 실시하였다. 본 실험에 사용된 장비는 Chauvin-Amoux의 multi-meterF3N과 Loop Impedance를 즉정하기 위해 개발된 Chauvin-Amoux의 6115N을 이용하여 Loop Irrpedamce를 측정하였다.
- 그림 1 및 표 2와 같은 스위치 (A, B, C)의 동작을 이용하여 접지계통은 N상과 보호도체(PE)의 구성에 따라 TT, TN-S, TN-C 등의 접지계통으로 변환이 가능하며 각 접지계통은 접지저항 및 선로의 임피던스크기에 따라 인체 및 전기설비에 대한 안전성이 변경되므로 &와 Ra를 변환시켜 모의를 실시하였다.
- 그림 2에서와 같이 변압기에서 측정을 시작하여 50 [顽]의 케이블을 30[m] 연결시, 10[顽]케이블을 30[m] 추가 연결시, 보호도체(FE)의 저항 증가, 등전위 및 추가 접지값 변화시에 대해 3가지 측정방식에 따른 차이를 도출하였다. 실험결과 F3N과 6115N의 보호도체의 연속성을 측정하는 기능의 경우 측정결과가 매우 유사하게 나오는 것을 확인하였다.
- 특성을 측정하였다. 또한 ffiC 60364의경우 모든 금속도체를 접지와 연결시켜 등전위를 시키고 있으나 국내에서 어떠한 검증도 이루어지지 않아 이에 대해 사고발생시 안전성 및 파급효과에 대해 검증을 실시할 수 있도록 설계하였다.
- 본 실험에서는 EC 60364로 시공된 건축설비와 현 국내 건축전기설비의 인체감전 보호 특성을 비교분석하기 위해 그림 1과 같이 실험설비를 구성하였다 그림 1에서 모의실험설비는 IEC 60364에서 제시하고 있는 TT, TN 및 현 국내 건축전기설비의 접지계통 구성 이 가능한 전원측과 Loop Impedance 특성, 차단기동작특성, 선로저항 변환 접지의 추가 연결 및 보호도체의 연속성 등의 모의가 가능한 부하측으로 구성되어 있다.
- EC 60364 및 BS7671 규격에서는 단면적으로 표기하여 10[麻]이상인 경우 보조전극으로 사용이 가능하다 표기되어 있어 수도관의 저항값 및 보조전극으로 사용할 경우에 대한 실증실험이 필요하다[4-5]. 부하용 실증실험 설비는 단상과 3상을 모의할 수 있도록 단상용과 3상용을 제작하였다.
- 위해 실시하였다. 선로길이, 보호도체 저항값, 접지 저항을 파라메터로 하여 각각을 변경시켜 가 계통별 루프임피던스 특징, 장비별 특이점, 보호도체 저항값이 불량할 경우 발생되는 현상, 추가접지 시공 시 현상에 대해 실증실험을 실시하였다.
- 앞의 실험방식과 동일하게 표 2에서와 같이 보호도체에 연결된 3개의 스위치를 이용하여 TN-S, TN-C 및 TT 접지계통을 구성하여 구간별 Loop Impedance의 특징을 분석하였다. 케이블의 경우 케이블 50新]의 케이블을 30[m] 연결시, 부하측 10[m相의 케이블을30[m] 추가 연결 시, 보호도체의 저항 증가, 등전위 및 추가접지의 변화에 따른 Loop Impedance를 측정하였다.
- 장치이다. 이를 위해 본 논문에서는 각각의 접지계통에 대한 누전차단기 동작 특성 시험을 실시하였으며 TN-C 접지계통의 경우 계통 특성상 누전차단기를 설치할 수 없으므로 본 실험에서는 제외를 하였다. 누전차단기 동작특성을 위한 실험항목으로는 정격차단전류(Ir), 차단시간(T), 사고전류 (Ik), 접지외 저항(Rs) 등이며 그림 5는 차단기 동작특성 실험을 실시한 결과를 나타내었다.
- 이를 위해 본 실험은 TN-S 접지계통에서 보호도체 및 금속도체 등전위 시공시 접속이 불량할 경우에 대한 실험을 실시하였다.
- 마지막으로 인체감전을 위해 IEC 60364에서는 건축전기설비 내부를 모두 등전위시키기 위해 모든 금속도체의 연속성을 확보하도록 규정하고 있다. 이에 본 논문에서는 모의 실증실험설비를 이용하여 접지계통 및 위치별 Loop Impedance 특성 분석, 차단기 동작특성 분석 및 금속도체 시공방법에 따른 특성 분석을 실시하였다.
- 접지계통 실험을 위한 전원은 3상4선식 380[V]/ 380[V], 15[kVA] 절연변압기를 사용하여 사고모의 시타 설비로의 파급을 미연에 방지할 수 있도록 설계하였다. 또한 선로 길이에 따른 선로 저항, 보호도체, 차단기 등은 IEC 60364에서 인체 감전보호를 위해 제시하고 있는 실재 건축전기설비와 동일하게 구성하였다.
- 정상 운전상태의 경우 이상전압 및 사고전류가 타설비 및 인체감전사고로 파급이 되지 않지만 L상과전기설비 외함과 지락사고가 발생할 경우 이에 대한 파급사고를 예방하기 위해 차단기 동작특성, 고장루프임피던스의 특성을 측정하였다. 또한 ffiC 60364의경우 모든 금속도체를 접지와 연결시켜 등전위를 시키고 있으나 국내에서 어떠한 검증도 이루어지지 않아 이에 대해 사고발생시 안전성 및 파급효과에 대해 검증을 실시할 수 있도록 설계하였다.
- 지 락사고 모의 시 사고전류가 2차측으로 회귀하여 계통으로의 파급을 막기 위해 절연변압기를 사용하였다.
- 특징을 분석하였다. 케이블의 경우 케이블 50新]의 케이블을 30[m] 연결시, 부하측 10[m相의 케이블을30[m] 추가 연결 시, 보호도체의 저항 증가, 등전위 및 추가접지의 변화에 따른 Loop Impedance를 측정하였다. 그림 3은 계통별 Loop Impedance 측정결과를 나타내었다.
대상 데이터
- 실시하였다. 본 실험에 사용된 장비는 Chauvin-Amoux의 multi-meterF3N과 Loop Impedance를 즉정하기 위해 개발된 Chauvin-Amoux의 6115N을 이용하여 Loop Irrpedamce를 측정하였다. F3N과 6115N의 기능 중 보호도체의 연속성을 측정하는 기능의 경우 DC를 이용하여 선로의 저항을 측정하지만 6115N의 Loop Irrpedance를 측정하는 기능의 측정방식은 공칭전압을 측정하고 선로의 R, L 값을 측정하여 4단자 회로방식을 이용하여 선로의 임피던스 값을 나타내는 특징을 가지고 있다.
성능/효과
- 결과적으로 건축전기설비의 Loop Impedance를 측정할 경우 변압기, 케이블 등 Loop Impedance를 측정하는 구간에 접속되어 있는 모든 금속도체의 저항성분과 인덕턴스성분을 모두 측정할 수 있는 장비를 사용해야 할 것으로 판단된다.
- 누전차단기 특징 실험결과 TN-S 접지 계통의 경우 사고전류가 높게 측정된 것을 알 수 있었다. 이는 누전차단기가 정확하게 동작되며 차단기 동작에 실패하더라도 인체감전으로부터 보호가 가능하다.
- 이에 보호도체의 접속부는 시공 시 확실하게 접합하는 것이 매우 중요하다. 또한 주가 접지 시공 시 Loop Impedance는 감소를 하고 사고전류는 증가하는 특징을 나타내었다. 이에 접지계통 시공 후 Loop Impedance가 높게 나온다면 추가 접지 시공을 통해 이를 감소시키는 것도 하나의 좋은 방법이라 하겠다.
- 모의실험을 통한 수용가 접지계통의 Loop Impedance 특징 실험 및 차단기 동작시험 등을 실시한 결과 Loop Impedamce를 측정하는 구간에 접속되어 있는 모든 도체의 저항성분과 인덕턴스성분을 모두 측정해야 하고 인체보호를 목적으로 할 경우 TN-S 접지계통으로 시공해야 하며 거리 및 위치의 문제로 선로의 임피던스가 높은 지역의 경우 TT 접지계통을 이용하는 것이 유리한 것으로 나타났다.
- 분석 결과 TN-S 접지계통의 사고전류는 모든 실험에서 TT 접지계통보가 사고전류가 크게 나타났다. 이와 같은 결과는 접지저항이 2[Q]이하이기 때문인 것으로 판단되며 계통외저항(RS)의 측정결과를 통해 보다 확실하게 알 수 있다.
- 도출하였다. 실험결과 F3N과 6115N의 보호도체의 연속성을 측정하는 기능의 경우 측정결과가 매우 유사하게 나오는 것을 확인하였다. 그러나 6115N의 Loop hwedance를 측정하는 기능의 경우 앞의 두 결과보다 높은 임피던스값을 나타내는 특징을 알 수 있었다.
- 19[Q]의 측정결과를 나타내고 있다. 이는 결과적으로 사고전류는 감소하지만 인체감전전류는 증가함으로 계통의 구성만으로는 사고 발생시 감전에 의한 인체보호에 실패할 가능성이 있음을 알 수 있다.
- 이는 선로의 저항, 보호도체의 저항 및 접지저항이 높을수록 인체에 유입되는 전류가 증가하여 인체감전의 위험성이 증가함을 알 수 있다. 이와 같은 건축전기설비 이상으로부터 인체를 보호하기 위해 누전차단기를 설치하여 보호를 하고 있으며 차단기 동작시간(58.1[ms]), 정격차단용량 (26.1[mA])은 매우 양호한 것으로 나타났다.
- 그러나 TT 접지 계통의 경우 L, N, PE를 연결하며 최대 측정 저항값이 100[Q]인 6115N의 장비한계로 인해 더 이상의 측정은 불가능하였다. 이후 TO-S 접지계통과 TN-C 접지 계통의 Loop Impedarmce의 측정결과는 매우 유사하다 할 수 있으나 보호도체의 저항이 증가할수록 TN-S 접지 계통의 Loop Impedance 의 값이 증가함을 알 수 있다. 이와 같이 보호도체의 임피던스 값이 증가할수록 감전에 대한 위험성은 높아지게 된다.
- 측정결과 변압기 구간에서는 3가지 접지계통 (TN-S, TN-C, TT)에서 모두 동일한 결과가 측정되었다. 그러나 TT 접지 계통의 경우 L, N, PE를 연결하며 최대 측정 저항값이 100[Q]인 6115N의 장비한계로 인해 더 이상의 측정은 불가능하였다.
- 측정결과 위에서와 같이 추가 접지 시공시 Loop Impedarmce가 감소하며 임의로 접속불량을 발생시키더라도 연속성 이 확보되면 위의 결과와 같이 현장 실측에서 연속성에 대한 문제점을 도출할 수 없음을 알수 있었다.
후속연구
- 결과적으로 두 가지 방식 모두 누전차단기에 의한 인체보호가 필요하며 모의결과 TN-S 접지계통의 경우 지락사고 전류가 크므로 Loop Impedance와 차단기의 정격단락용량[kA]과의 상관관계분석이 필요하다.
- IEC 60364를 도입 하여 운영하고 있는 국외 국가의 경우 설비 보호 및 인체 감전을 위해 Loop Im- pedance를 측정하고 있으며 전류 및 전압의 크기에 따라 Loop Impedance의 크기를 각각 규정하고 있다. 또한 TN 접지계통의 경우 사고전류가 크다는 특징을 가지고 있으므로 이에 대한 검증이 필요하다. 마지막으로 인체감전을 위해 IEC 60364에서는 건축전기설비 내부를 모두 등전위시키기 위해 모든 금속도체의 연속성을 확보하도록 규정하고 있다.
- 실험결과 도체 접속부 불량의 경우 일반상태에서 실측을 통해 찾아내는데 한계를 나타내었다. 이는 장비를 이용하여 금속도체의 연속성을 측정할 시 발생시키는 전류의 크기가 매우 작아 사고가 발생하기 이전까지 연속성을 확보하고 있기 때문이다.
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