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문제 정의
- 본 논문에서는 고주파수에서 도전유도에 의한 전위간섭의 분석을 목적으로 수직 접지전극에 접지전류가 인가되었을 때 인접한 접지전극의 전위상승과 수직 접지전극의 주변에 나타나는 대지 전위를 측정하여 그 결과를 상호 비교·분석하였다.
제안 방법
- 반경 7[mm], 길이 4, 6[m] 수직 접지전극을 설치한 후 동일한 크기의 시험전극을 설치하였다. 4[m] 수직 접지전극은 전극 설치지점에서 각각 2,4, 6[m]를 이격하여 3개를 설치하였으며, 6[m] 수직 접지전극은 각각 2, 4, 6, 9[m]를 이격하여 4개의 시험전극을 설치하였다. 접지전극 주변의 전위상승의 측정에 앞서 측정대상 접지전극의 접지임피던스의 주파수의존성을 1[MHz]까지 측정하였다.
- 4[m] 수직 접지전극의 경우와 마찬가지방법으로 6[m] 수직 접지전극을 대상으로 하여 동일한 특성량의 분석을 수행하였다. 길이 6[m]인 수직 접지전극의 접지임피던스와 위상차의 주파수의존성을 그림 5에 나타내었다.
- 측정전류는 80[MHz]까지 인가할 수 있는 함수발생기와 DC-250[MHz]의 주파수 대역을 갖는 전력증폭기를 사용하여 접지전류를 측정대상 수직 접지전극과 전류보조전극 사이에 인가하였다. 70[MHz]의 주파수대역을 갖는 차동프로브와 20[MHz]의 측정주파수 대역을 갖는 전류프로브를 이용하여 접지전극의 전위와 전류를 측정하였다. 측정된 신호를 PC기반 접지임피던스 분석장치를 이용하여 접지임피던스를 산출하였다.
- 접지전류의 주파수에 따른 접지전극 주변의 전위상승의 측정을 위해 인가전류의 주파수를 100[Hz], 30[kHz], 100[kHz] 접지전류의 크기를 일정하게 한 후 수직 접지전극, 시험전극과 전위 보조전극사이의 전위차를 25[MHz]의 주파수대역을 갖는 능동형 차동전압프로브를 사용하여 동시에 측정하였다. 대지표면전위는 표면전위검출용 전극과 전위보조전극사이의 전위차를 수직 접지전극으로부터 1[m] 간격으로 10[m]까지 측정하였다. 그림 2와 같은 측정계에서 수직 접지전극을 모두 설치한 후 각 위치에 따른 분석을 수행하여도 접지전극과 시험전극의 전위간섭을 측정 및 평가하는데 거의 영향을 주지 않았다[7].
- 본 논문에서는 고주파수에서 도전유도에 의한 전위간섭의 분석을 목적으로 수직 접지전극에 접지전류가 인가되었을 때 인접한 접지전극의 전위상승과 수직 접지전극의 주변에 나타나는 대지 전위를 측정하여 그 결과를 상호 비교·분석하였다. 또한 수직 접지전극에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성을 기반으로 접지임피던스와 전위간섭계수 및 전위상승의 상관성을 분석하고 검토하였다.
- 본 연구에서는 주파수변화에 따른 전위간섭을 분석하기 위해 수직 접지전극에 접지전류가 인가되었을 때 인접한 수직 접지전극의 전위상승과 수직 접지전극의 주변에 나타나는 대지표면전위의 측정결과를 상호 비교·분석하였다.
- 2-1991에서 제안하고 있는 수정된 전위강하법을 이용하였다[5]. 전류인가선의 영향을 고려하여 전류보조전극은 20[m] 거리에 설치하였고, 도전유도에 의한 오차의 저감을 위해 전위보조전극은 50[m]에 설치하여 접지임피던스를 측정하였다[6]. 측정전류는 80[MHz]까지 인가할 수 있는 함수발생기와 DC-250[MHz]의 주파수 대역을 갖는 전력증폭기를 사용하여 접지전류를 측정대상 수직 접지전극과 전류보조전극 사이에 인가하였다.
- 4[m] 수직 접지전극은 전극 설치지점에서 각각 2,4, 6[m]를 이격하여 3개를 설치하였으며, 6[m] 수직 접지전극은 각각 2, 4, 6, 9[m]를 이격하여 4개의 시험전극을 설치하였다. 접지전극 주변의 전위상승의 측정에 앞서 측정대상 접지전극의 접지임피던스의 주파수의존성을 1[MHz]까지 측정하였다. 접지임피던스의 측정은 IEEE Std.
- 접지전극의 전위상승은 접지임피던스와 직접적인 상관성을 가지므로 전위간섭계수에 앞서 접지임피던스의 주파수의존성을 측정하여 분석하였다. 그림 3은 4[m] 수직 접지전극의 접지임피던스와 위상차의 주파수의존성을 나타낸다.
- 측정된 신호를 PC기반 접지임피던스 분석장치를 이용하여 접지임피던스를 산출하였다. 접지전류의 주파수에 따른 접지전극 주변의 전위상승의 측정을 위해 인가전류의 주파수를 100[Hz], 30[kHz], 100[kHz] 접지전류의 크기를 일정하게 한 후 수직 접지전극, 시험전극과 전위 보조전극사이의 전위차를 25[MHz]의 주파수대역을 갖는 능동형 차동전압프로브를 사용하여 동시에 측정하였다. 대지표면전위는 표면전위검출용 전극과 전위보조전극사이의 전위차를 수직 접지전극으로부터 1[m] 간격으로 10[m]까지 측정하였다.
- 70[MHz]의 주파수대역을 갖는 차동프로브와 20[MHz]의 측정주파수 대역을 갖는 전류프로브를 이용하여 접지전극의 전위와 전류를 측정하였다. 측정된 신호를 PC기반 접지임피던스 분석장치를 이용하여 접지임피던스를 산출하였다. 접지전류의 주파수에 따른 접지전극 주변의 전위상승의 측정을 위해 인가전류의 주파수를 100[Hz], 30[kHz], 100[kHz] 접지전류의 크기를 일정하게 한 후 수직 접지전극, 시험전극과 전위 보조전극사이의 전위차를 25[MHz]의 주파수대역을 갖는 능동형 차동전압프로브를 사용하여 동시에 측정하였다.
- 전류인가선의 영향을 고려하여 전류보조전극은 20[m] 거리에 설치하였고, 도전유도에 의한 오차의 저감을 위해 전위보조전극은 50[m]에 설치하여 접지임피던스를 측정하였다[6]. 측정전류는 80[MHz]까지 인가할 수 있는 함수발생기와 DC-250[MHz]의 주파수 대역을 갖는 전력증폭기를 사용하여 접지전류를 측정대상 수직 접지전극과 전류보조전극 사이에 인가하였다. 70[MHz]의 주파수대역을 갖는 차동프로브와 20[MHz]의 측정주파수 대역을 갖는 전류프로브를 이용하여 접지전극의 전위와 전류를 측정하였다.
대상 데이터
- 수직 접지전극에 접지전류가 인가되었을 때 인접한 접지전극의 전위상승과 수직 접지전극의 주변에 나타나는 대지전위상승을 추정하기 위하여 구성한 실험계를 그림 2에 나타내었다. 반경 7[mm], 길이 4, 6[m] 수직 접지전극을 설치한 후 동일한 크기의 시험전극을 설치하였다. 4[m] 수직 접지전극은 전극 설치지점에서 각각 2,4, 6[m]를 이격하여 3개를 설치하였으며, 6[m] 수직 접지전극은 각각 2, 4, 6, 9[m]를 이격하여 4개의 시험전극을 설치하였다.
이론/모형
- 접지임피던스의 측정은 IEEE Std. 81.2-1991에서 제안하고 있는 수정된 전위강하법을 이용하였다[5]. 전류인가선의 영향을 고려하여 전류보조전극은 20[m] 거리에 설치하였고, 도전유도에 의한 오차의 저감을 위해 전위보조전극은 50[m]에 설치하여 접지임피던스를 측정하였다[6].
성능/효과
- 그림 6 (b)에 나타낸 전위간섭계수의 결과는 식 (1) 로 산출한 것이며, 시험전극과 대지표면의 전위상승과 마찬가지로 주파수가 100[Hz], 30[kHz], 100[kHz]로 증가함에 따라 감소하였다. 고주파수로 갈수록 접지 임피던스가 감소하여 동일한 1[A]당 수직 접지전극, 시험전극, 대지표면의 전위상승이 모두 감소하였지만 고주파수에서 시험전극 및 대지표면의 전위상승이 수직 접지전극의 전위상승보다 더 크게 감소하여 시험 전극 전위와 수직 접지전극 전위의 비로 나타내는 전위간섭계수가 감소한 것으로 판단된다. 또한 대지표면의 전위와 수직 접지전극의 비로 나타낸 전위간섭계수도 감소한 것으로 판단된다.
- 이는 주파수가 증가함에 따라 접지임피던스의 감소로 인해 동일한 1[A]당 수직 접지전극, 시험전극, 대지표면의 전위상승이 모두 감소하였지만 고주파수에서 시험전극 및 대지표면의 전위상승이 수직 접지전극의 전위상승보다 더 크게 감소하여 시험전극 전위와 수직 접지전극 전위의 비로 나타내는 전위간섭계수가 감소한 것으로 판단된다. 또한 대지표면의 전위와 수직 접지전극의 비로 나타낸 전위간섭계수는 수직 접지전극에 대한 전위간섭계수 보다 크게 나타났다.
- 고주파수 고장전류가 접지전극에 인가된 경우 수직 접지전극 인근에 위치한 수직 접지전극의 전위상승 및 대지표면전위분포는 접지임피던스에 비례하여 나타났으며, 또한 전위간섭계수도 접지임피던스에 비례하여 나타났다. 접지전극 주변의 도전유도에 의한 전위간섭의 영향을 줄이기 위해서는 접지임피던스의 저감이 필수적 요소이며, 상대적인 전위간섭영향을 나타내는 전위간섭계수로의 평가는 전위간섭레벨의 영향을 비례적으로 반영하지 못 할 수도 있음이 확인되었다. 대지표면전위 및 유도전위는 접지임피던스에 따라 결정되므로 용량성 특성을 나타내는 접지전극의 경우 주파수가 증가함에 따라 전위간섭영향이 감소하고 그 반대로 유도성의 경우 증가하게 되므로 고주파수에서도 접지임피던스의 변동이 적은 접지시스템 설계가 요구된다.
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