[논문]TN-C-S 접지계통에서 외부 루프 임피던스의 실측 및 기준값 설정에 관한 연구

이건호; 정진수; 문현욱; 김선구

doi:10.5370/kiee.2013.62.8.1163

[국내논문] TN-C-S 접지계통에서 외부 루프 임피던스의 실측 및 기준값 설정에 관한 연구
A Study on the Measurement and Determination of External Loop Impedance on TN-C-S System 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.62 no.8, 2013년, pp.1163 - 1168

이건호 (Electrical Safety Research Institute, KESCO) , 정진수 (Electrical Safety Research Institute, KESCO) , 문현욱 (Electrical Safety Research Institute, KESCO) , 김선구 (Electrical Safety Research Institute, KESCO)

Abstract ▼ AI-Helper

The maximum allowable value of loop impedance($Z_s$) to secure the operation of overcurrent protective devices and the safety for indirect contact is a very important in TN-C-S system. The loop impedance is divided into inner loop impedance which consumer can adjust and external loop impedance($Z_e$) which only electric operator can adjust. Thus, an external loop impedance which limits to less than a certain value is a very important factor for human body protection against electric shock in TN-C-S system. The concept of loop impedance($Z_s$) is recently introduced to the domestic, the study about external loop impedance is yet insufficient. However, the study about the reference impedance as specified by the IEC 60725 standard to improve the quality and reliability of the power supply is being made. In this paper, reference value of external loop impedance($Z_e$) to meet domestic environment will be proposed by the nationwide measurement and statistical analysis.

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AI 본문요약
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문제 정의

본 논문은 IEC 60364 도입초기인 우리나라에 있어 국내 환경에 적합한 외부루프임피던스 값을 전국적 실측과 통계분석을 통해 그 값을 제시하여 TN-C-S 접지시스템의 실질적 국내 부합화를 도모하고자 하였다.
따라서 본 연구논문에서는 TN-C-S 접지계통을 실질적으로 국내 부합화하기 위하여 전국적 실측과 통계분석을 통하여 외부 루프임피던스 기준값을 제시하고자 한다.
따라서 차단기 on, off 시 측정값에 대한 비교·분석을 통하여 그 영향 정도를 파악함으로써 본 논문에서 제시하는 측정값에 대한 신뢰도를 증명하고자 한다[7].
43 Ω인 것으로 나타났다. 따라서 국내의 외부 루프임피던스(Z_e) 기준값을 0.36 Ω으로 선정하여, 향후 TN-C-S 접지계통을 실질적으로 국내 부합 화하기 위하여 전기설비기술기준 판단기준에 외부 루프임피던스(Z_e)의 기준값으로 제시하고자 한다. 더불어 TN접지 방식이 국내에 실질적으로 부합화하기 위해서는 이러한 외부 루프임피던스값에 대한 정립 외에도 저압 배전계통이 대부분 지중보다는 가공으로 인입되는 우리나라의 특성을 고려 하여 차량 충돌 등에 의한 PEN도체 단선 시 위험성 분석 및 대책 등에 대한 추가 연구가 필요하다고 판단된다.

제안 방법

표본수를 구하기 위하여 모집단을 변압기 대수인 1,360,000으로 하고 표준편차 1 %로 하였다. 이 때 오차 0.
본 연구에서는 외부 루프임피던스 측정을 위하여 각 수용가별로 차단기 on 상태와 off 상태에서 각각 10회씩 측정을 하여 최대값과 최소값을 제외한 나머지 8개의 측정결과를 평균하여 해당 수용가 임피던스를 측정하였다. 총 259개소에서 측정한 차단기 on, off시 측정 오차의 평균은 0.
표 5는 외부 루프임피던스 값을 주변 환경별로 분류하여 나타낸 결과이다. 주변 환경은 내륙, 산악, 해안지역으로 구분하였다. 표에서 알 수 있듯이 내륙보다는 산악지역이 산악지역보다는 해안지역의 임피던스 값이 높게 나오는 것을 알 수 있다.
누적 분포도를 구하기 위하여 측정된 데이터를 일정 임피 던스 크기, 즉 30 mΩ 단위로 구분하여 그 단위당 시료 수와 누적 분포를 구하였다. 이렇게 구하여진 단위당 시료 수와 누적분포를 그래프로 도시화 시켜 누적 분포도를 구하였다.
누적 분포도를 구하기 위하여 측정된 데이터를 일정 임피 던스 크기, 즉 30 mΩ 단위로 구분하여 그 단위당 시료 수와 누적 분포를 구하였다. 이렇게 구하여진 단위당 시료 수와 누적분포를 그래프로 도시화 시켜 누적 분포도를 구하였다. 누적분포를 구한 결과, 임피던스값이 1～30 mΩ 사이에 있는 시료 수가 9개, 31～60 mΩ 사이에 있는 시료 수가 23개 등으로 나타났으며, 가장 많이 분포되어 있는 임피던스 범위는 91～120 mΩ으로서 모두 58개소인 것으로 분석되었다.

대상 데이터

본 연구에서는 그림 3과 같이 수용가측 주 차단기 1차측을 측정 위치로 선정하였다. 측정장비는 CHAUVIN ARNOUX에서 제작한 C.A 6115N 모델이다[3][4].
국내 저압계통의 변압기 대수는 2008년 기준 136만여 대로 전수 조사는 불가능하며 본 연구에서는 표본 산출을 통하여 측정 개소를 선정하였다. 유한 모집단에서 비복원 추출을 했을 경우 표본수 산정은 식(1)로 구할 수 있다.
9 ～ 2012. 2까지 약 1년 6개월에 걸쳐 총 384개소를 측정하였다. 현장 측정 계획 수립시 표 3과 같이 측정 대상을 지역별, 용도별로 선정하였으나 시간적 제한 및 현장 여건상 실제 측정한 수용가 분류는 계획과 정확히 일치하지는 않았다.

성능/효과

상기 기술한 바와 같이 정확한 외부 루프임피던스 측정을 위해서는 부하측 회로를 차단한 상태에서 측정을 하여야 한다. 그러나 실제 현장의 경우 정전이 불가한 경우가 많아 현실적으로 측정에 어려움이 있으며, 본 연구에서도 전체 측정 개소인 384개소 중 259개소에서만 차단기 off 상태에서 측정이 가능하였다. 따라서 차단기 on, off 시 측정값에 대한 비교·분석을 통하여 그 영향 정도를 파악함으로써 본 논문에서 제시하는 측정값에 대한 신뢰도를 증명하고자 한다[7].
본 연구에서는 외부 루프임피던스 측정을 위하여 각 수용가별로 차단기 on 상태와 off 상태에서 각각 10회씩 측정을 하여 최대값과 최소값을 제외한 나머지 8개의 측정결과를 평균하여 해당 수용가 임피던스를 측정하였다. 총 259개소에서 측정한 차단기 on, off시 측정 오차의 평균은 0.0154 Ω이였으며 오차율은 평균 8 %인 것으로 조사되었다. 또한 차단기 off시 10회 측정한 값들에 대한 표준편차의 평균은 0.
표 4에서 알 수 있듯이 도심이 지방보다 임피던스값이 낮게 조사되었으며, 이는 수용가 밀집지역인 도심의 인입선 긍장이 작기 때문인 것으로 사료된다. 또한 도심에서는 수용 가 용도별 임피던스 차가 작게 나타났으나, 지방의 경우에는 상대적으로 주거용의 임피던스가 높게 조사되었다. 이러한 결과는 지방의 주거용 설비가 상업용이나 산업용 설비에 비해 적정한 유지관리가 이루어지지 않고 있다는 것을 추측할 수 있도록 해준다.
주변 환경은 내륙, 산악, 해안지역으로 구분하였다. 표에서 알 수 있듯이 내륙보다는 산악지역이 산악지역보다는 해안지역의 임피던스 값이 높게 나오는 것을 알 수 있다. 이는 산악지역이나 해안지역의 설비가 상대적으로 노후되어 있으며, 특히 해안지역 선로의 경우 염분의 영향으로 임피던스 값이 높게 조사된 것으로 판단된다.
표 6은 측정개소를 행정구역별로 구분한 결과이다. 각 행정구역별로 구분한 외부 루프임피던스 통계값을 분석해 보면, 서울지역이 가장 낮은 0.12 Ω 이었으며 다음으로는 경상 지역이 0.16 Ω 순이었으며, 외부 루프임피던스 값이 가장 높은 지역은 전라지역으로서 0.33 Ω으로서 실측되었다.
이렇게 구하여진 단위당 시료 수와 누적분포를 그래프로 도시화 시켜 누적 분포도를 구하였다. 누적분포를 구한 결과, 임피던스값이 1～30 mΩ 사이에 있는 시료 수가 9개, 31～60 mΩ 사이에 있는 시료 수가 23개 등으로 나타났으며, 가장 많이 분포되어 있는 임피던스 범위는 91～120 mΩ으로서 모두 58개소인 것으로 분석되었다.
표 7에서 알 수 있는 바와 같이 단상2선식 저압배전계통의 외부 루프임피던스 기준값를 선정하기 위하여 표본 추출을 통해 384개소에 대한 외부 루프임피던스를 측정 및 분석한 결과, 누적백분율 90 %에서는 약 0.31 Ω, 95 %에서는 약 0.36 Ω 그리고 98 %에서는 약 0.43 Ω인 것으로 나타났다.
저압 배전계통의 외부 루프임피던스는 TN접지계통을 적용하고 있는 시스템에서 과전류 보호장치의 동작확보와 간접접촉에 대한 안전확보를 위한 중요한 특성 중에 하나이다. 본 논문에서는 단상2선식 저압계통의 외부 루프임피던스 기준값을 선정하기 위하여 표본 추출을 통해 384 개소의 측정 개소 및 대상을 선정하였고, 차단기 on, off시 측정값을 비교하여 부하의 영향이 외부루프임피던스에 미치는 영향은 측정오차 수준으로 미비하다는 것을 증명하였다. 또한 외부루프임피던스 측정값을 분석하여 지역별, 주변 환경별로 차이가 있음을 분석할 수 있었다.
본 논문에서는 단상2선식 저압계통의 외부 루프임피던스 기준값을 선정하기 위하여 표본 추출을 통해 384 개소의 측정 개소 및 대상을 선정하였고, 차단기 on, off시 측정값을 비교하여 부하의 영향이 외부루프임피던스에 미치는 영향은 측정오차 수준으로 미비하다는 것을 증명하였다. 또한 외부루프임피던스 측정값을 분석하여 지역별, 주변 환경별로 차이가 있음을 분석할 수 있었다.
본 연구를 통하여 외부 루프임피던스를 측정 및 분석한 결과, 누적백분율 90 %에서는 약 0.31 Ω, 95 %에서는 약 0.36 Ω 그리고 98 %에서는 약 0.43 Ω인 것으로 나타났다. 따라서 국내의 외부 루프임피던스(Z_e) 기준값을 0.

후속연구

또한 향후 IEC 규격에 따른 TN 접지 계통이 국내에 보급되어 외부루프임피던스를 측정하는 경우 차단기 on(무정전) 상태에서의 측정값으로도 문제가 없을 것으로 판단되어 진다.
36 Ω으로 선정하여, 향후 TN-C-S 접지계통을 실질적으로 국내 부합 화하기 위하여 전기설비기술기준 판단기준에 외부 루프임피던스(Z_e)의 기준값으로 제시하고자 한다. 더불어 TN접지 방식이 국내에 실질적으로 부합화하기 위해서는 이러한 외부 루프임피던스값에 대한 정립 외에도 저압 배전계통이 대부분 지중보다는 가공으로 인입되는 우리나라의 특성을 고려 하여 차량 충돌 등에 의한 PEN도체 단선 시 위험성 분석 및 대책 등에 대한 추가 연구가 필요하다고 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	TN-C-S 계통의 특징은 무엇인가?	이 중 TN-C-S(Terre Neutral Combined Separate)은 계통의 일부에서 중성선과 보호도체의 기능을 동일도체로 겸용을 한다. 즉, 배전계통으로부터 수용가 인입구까지는 동일도체로 사용하고 수용가 내부에서는 중성선과 보호도체로 분리되는 특징을 가지고 있다.
	TN접지계통이란 무엇인가?	IEC 60364에서 규정하는 TN접지계통이란 전원의 한 점을 직접접지하고 설비의 노출도전성 부분을 보호도체(PE : Protective Earth)를 이용하여 전원 한점에 접속하는 접지계통을 말한다. TN 접지계통은 중성선 및 보호도체의 배치에 TN-C-S, TN-C 및 TN-S 계통 등 3종류가 있다.
	TN 접지계통의 종류는 무엇이 있는가?	IEC 60364에서 규정하는 TN접지계통이란 전원의 한 점을 직접접지하고 설비의 노출도전성 부분을 보호도체(PE : Protective Earth)를 이용하여 전원 한점에 접속하는 접지계통을 말한다. TN 접지계통은 중성선 및 보호도체의 배치에 TN-C-S, TN-C 및 TN-S 계통 등 3종류가 있다. 이 중 TN-C-S(Terre Neutral Combined Separate)은 계통의 일부에서 중성선과 보호도체의 기능을 동일도체로 겸용을 한다.

참고문헌 (8)

BSI, "BS 7671", 2001.
IEE Wiring Regulations "Earthing and Bonding", 2004.
Moon-Ho Kang, Yang-Hoe Song, .Heung-Ho Lee, "A Study on the Calculation of Reference Impedances in Domestic Low-Voltage Power System", Trans. KIEE, Vol. 60, No. 9, pp. 1651-1655, 2011. 9.

원문보기 상세보기
Korea Testing & Research Institute, "A Study on Re-calculation & Complement the Reference Impedance on Domestic(220/380V/60 Hz) Distribution System and Reflecting IEC CD", pp. 10-13, 2008. 11.
Jin-Soo Jung, Sun-Gu Kim, Jong-Wook Jung, Gaun-Young Sung, "A Study about Mesering of External Loop Impedance", 2010 KIEE Fall Conference, pp. 225-226, 2010. 11.
KPX, "Electric Power Statistics Information System", 2009.
Jin-Soo Jung, Han-Sang Kim, Sun-Gu Kim, Woon-Ki Han, Chan-Eom Park, "Correlation Analysis about Loop Impedance and Load Condition", Trans. KIEE,, Vol. 61, No. 2, pp. 342-346, 2012. 2.

원문보기 상세보기
Geon-Ho Yi, Sun-Gu Kim, Jong-Wook Jung, Jin-Soo Jung, Han-Sang Kim, "A Study on Determination on Domestic LV Distribution System throuth Field Measurements" KIEE Spring Conference, pp. 256-258, 2014. 4.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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