[논문]루프임피던스와 부하상태의 상관관계 분석

정진수; 김한상; 김선구; 한운기; 박찬엄

doi:10.5370/kiee.2012.61.2.342

[국내논문] 루프임피던스와 부하상태의 상관관계 분석
Correlation Analysis about Loop Impedance and Load Condition 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.61 no.2, 2012년, pp.342 - 346

정진수 (전기안전연구원) , 김한상 (전기안전연구원) , 김선구 (전기안전연구원) , 한운기 (전기안전연구원) , 박찬엄 (전기안전연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents a loop impedance(inner loop impedance & external impedance) measurement method in TN system. When the measurement of a loop impedance then the measurement result have a some error by load condition. In this paper suggest the loop impedance measurement on actual loading condition by two experiment. one was laboratory condition and the other was the actual measurement on site. Analysis result, measuring error by load condition has not effect on measuring loop impedance.

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AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 실험실조건과 실제현장에서 부하상태에 따른 루프임피던스의 측정결과 및 수용가의 형태를 분류하여 루프임피던스를 측정한 결과를 비교‧분석하고 전기사업자 계통의 설비인 배전계통 말단부와 수용가 인입부 사이의 루프임피던스를 측정하여 2010년도 전기설비기술기준에 신설된 TN 접지계통이 본격적으로 국내에 시공되기 이전 본 연구결과를 활용하여 관련 기준을 정립하고 이와 관련되어 발생될 수 있는 분쟁을 미연에 예방하는 기본 자료로 활용하고자 한다.

제안 방법

루프임피던스(loop impedance)란 변압기를 시작으로 전원 선과 보호도체의 임피던스를 의미한다. 즉, 측정지점의 저압 배전계통에서 수용가에 이르는 하나의 루프회로 임피던스를 측정한다. IEC 60364에 의한 접지설비는 TN, TT, IT로 분류가 된다.
이와 같은 문제점을 해결하는 하나의 방법이 부하에 따른 루프임피던스 영향 분석을 통해 루프임피던스에 큰 변화가 없다면 부하운전 중에서도 루프 임피던스 측정이 가능할 것이다. 본 실험을 위해 그림 1과 같은 회로를 구성하여 선로의 루프임피던스를 측정하였다.
이로 인해 측정지점의 전압을 측정할 경우 중간 부하들로 인해 전압변동이 발생하여 V₀의 크기가 변동되며 이로 인해 측정 결과의 오류가 발생할 수 있다. 이때 오차의 예측이 불가능 하여 본 실험에서는 선로의 임피던스(전원선, 보호도체선)를 0.5, 1.0, 5.0 Ω으로 순차적으로 변환을 시켜가며 부하 2개를 사용하여 부하 및 선로임피던스 변화에 따른 루프임피던스 변화 실험을 실시하였다. 본 실험에서 부하 1은 2,450 W 용량의 열풍기를 사용하였고 부하 2는 10.
그러나 실제 현장의 경우 PC, 단말기 등 24시간 동작되는 전기설비가 정전으로 인해 동작이 멈출 경우 금전적 피해가 발생하기 때문에 수용가의 전원을 차단한 상태에서 기준임피던스를 측정하는 것은 현실적으로 어려움이 크다. 이와 관련하여 본 절에서는 실제 현장의 기준 임피던스를 차단기가 on인 상태와 off인 상태에서 측정하여 그 결과를 비교 분석하였다. 그림 4는 이때 측정모습을 나타내었다.

대상 데이터

0 Ω으로 순차적으로 변환을 시켜가며 부하 2개를 사용하여 부하 및 선로임피던스 변화에 따른 루프임피던스 변화 실험을 실시하였다. 본 실험에서 부하 1은 2,450 W 용량의 열풍기를 사용하였고 부하 2는 10.5 kW 용량의 열풍기를 사용하여 실재 수용가 계통과 동일하게 구성하여 실험을 실시하였다. 그림 2는 부하상태에 따른 루프임피던스 영향분석을 위한 계통도를 나타내었다.
기준임피던스 측정결과는 다음과 같다. 측정대상은 단독 주택, 아파트, 상가, 공장 등을 대상으로 하였다. 측정개소는 총 30개 개소에 대하여 측정을 실시하였다.
측정대상은 단독 주택, 아파트, 상가, 공장 등을 대상으로 하였다. 측정개소는 총 30개 개소에 대하여 측정을 실시하였다. 측정결과 대부분 수용가의 메인차단기 상태에 따라 2개소를 제외한 나머지 측정 대상에서 측정오차가 대부분 0 ∼ 0.

성능/효과

부하와 루프임피던스와의 상관관계 분석 결과 초기 임피던스에 비해 부하 한 개를 연결하여 운전을 하면 임피던스가 약간 증가를 하며 부하의 용량이 클수록 임피던스의 변화량은 작은 것으로 나타났다. 또한 2개 이상의 부하를 연결시켜 임피던스를 측정한 결과 측정된 최대 임피던스보다 낮게 측정되었다.
또한 2개 이상의 부하를 연결시켜 임피던스를 측정한 결과 측정된 최대 임피던스보다 낮게 측정되었다. 결과적으로 부하의 용량이 증가할수록 루프임피던스와는 감소를 하게 되며 여러 개의 부하가 연결될 경우 최소크기의 용량을 가진 부하에서 최대 크기의 루프임피던스가 측정되고 이후 루프임피던스가 감소된다.
또한, 표 1에서 무부하시 루프임피던스와 부하를 연결한 후의 루프임피던스를 비교한 결과 변압기 임피던스는 약 1 Ω정도 측정되었으며 이후 선로의 임피던스와 비례적으로 루프임피던스가 증가함을 확인하였다. 이는 건축전기설비 시공시 수용가 내부 혹은 외부의 전원공급용 변압기 임피던스에 따라 수용가 내부에서 지락사고가 발생할 경우 전기설비 및 인체감전보호에 영향을 미칠 수 있다는 것을 보여준다.
측정개소는 총 30개 개소에 대하여 측정을 실시하였다. 측정결과 대부분 수용가의 메인차단기 상태에 따라 2개소를 제외한 나머지 측정 대상에서 측정오차가 대부분 0 ∼ 0.1 Ω 이내인 것으로 확인되었다. 결과적으로 기준임피던스를 측정할 경우 부하상태에 따라 큰 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.
1 Ω 이내인 것으로 확인되었다. 결과적으로 기준임피던스를 측정할 경우 부하상태에 따라 큰 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 표 2는 기준임피던스 측정시 부하영향 현장실측 결과를 나타내었다.
실험실 조건 및 실제 현장을 통한 루프임피던스 측정 및 분석결과 부하에 따라 기준임피던스 및 루프임피던스가 영향을 받는 것으로 나타났다. 그러나 측정오차의 범위가 대부분 5 % 이내로 나타났다.
또한 외부루프임피던스 측정결과 수용가의 분류 형태에 따라 임피던스의 크기가 큰 차이를 나타내지 않는 것으로 나타났다. 이는 TN 접지계통에 대한 루프임피던스를 측정할 경우 수용가의 형태에 따라 루프임피던스의 제한값을 따로 규정하지 않아도 됨을 의미한다.

후속연구

루프임피던스 측정은 무부하상태에서 측정하는 것이 가장 정확한 측정결과를 취득할 수 있지만 실제 운영되고 있는 건축전기설비에서는 이와 같은 방법이 불가능하다. 이와 같은 문제점을 해결하는 하나의 방법이 부하에 따른 루프임피던스 영향 분석을 통해 루프임피던스에 큰 변화가 없다면 부하운전 중에서도 루프 임피던스 측정이 가능할 것이다. 본 실험을 위해 그림 1과 같은 회로를 구성하여 선로의 루프임피던스를 측정하였다.
이는 TN 접지계통에 대한 루프임피던스를 측정할 경우 수용가의 형태에 따라 루프임피던스의 제한값을 따로 규정하지 않아도 됨을 의미한다. 또한 전기사업자의 외부루프임피던스를 규정짓는데 매우 중요한 요소로서 향후 외부루프임피던스의 관련 규정 신설시 매우 중요하게 활용될 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	루프임피던스란 무엇인가?	루프임피던스(loop impedance)란 변압기를 시작으로 전원 선과 보호도체의 임피던스를 의미한다. 즉, 측정지점의 저압 배전계통에서 수용가에 이르는 하나의 루프회로 임피던스를 측정한다.
	IEC 60364에 의한 접지설비는 어떻게 분류되는가?	즉, 측정지점의 저압 배전계통에서 수용가에 이르는 하나의 루프회로 임피던스를 측정한다. IEC 60364에 의한 접지설비는 TN, TT, IT로 분류가 된다. 루프임피던스는 IEC 60364로 시공된 전기설비의 설비 및 인체감전을 보호하기 위해 측정하는 매우 중요한 요소 중 하나이다.
	루프임피던스 측정은 무부하상태에서 측정함이 가장 정확하나, 실제 운영 중인 건축전기설비에서는 이것이 불가능한데, 이를 해결하기 위한 방법은?	루프임피던스 측정은 무부하상태에서 측정하는 것이 가장 정확한 측정결과를 취득할 수 있지만 실제 운영되고 있는 건축전기설비에서는 이와 같은 방법이 불가능하다. 이와 같은 문제점을 해결하는 하나의 방법이 부하에 따른 루프임피던스 영향 분석을 통해 루프임피던스에 큰 변화가 없다면 부하운전 중에서도 루프 임피던스 측정이 가능할 것이다. 본 실험을 위해 그림 1과 같은 회로를 구성하여 선로의 루프임피던스를 측정하였다.

참고문헌 (9)

KS C IEC 60364, "건축전기설비", 기술표준원, 2006.
정진수, 한운기, "국제 건축기설비기준(IEC60364)의 국내 적용 실태조사", 한국조명.전기설비학회논문지, Vol. 22, No. 10, pp 134-140, 2008.10.
정진수, 한운기, 이한상, "IEC 60364기반 건축전기설비 점검기법 개발을 위한 현장실태 조사", 한국조명.전기설비학회논문지, Vol. 23, No. 5, pp 36-41, 2009.5.

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정진수, 한운기, 김오환, 김재철, "IEC 60364 기반 접지 계통 비교 분석", 한국조명.전기설비학회논문지, Vol. 24, No. 1, pp 56-62, 2010.01.

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Ryszard Roskosz, "A New Measurement of Earth Fault Loop Impedance", IEEE Trans. Power delivery Vol. 6, No. 2, April 1991.
전기안전연구원, " 산업현장의 감전사고 예방을 위한 최적의 보호도체 현장적용화 연구", 한국에너지기술평가원, 2009.10.
전기안전연구원, " 국제전기기준(IEC) 국내 적용에 따른 감전위험성 분석 및 개선방안 제시", 한국에너지기술평가원, 2011.07.
S. Czapp, "Measurement of the Earth Fault Loop Impedance in Low Voltage", IJES, Vol. 29, No. 4, pp 266-271, 2009.
J.P. Rhode, A.W Kelley, & M.E. Baran, "Complete characterization of utilization voltage power system impedance using wideband measurement", IEEE Trans. Industry Applications, 33(6), pp 1472-1479, 1997.

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