KS C IEC 60364-6에 따른 접지저항의 측정방법에 대한 검토

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Ground resistance is one of the most critical parameters in a viewpoint of safety in electrical installations. The accurate estimation of a ground resistance plays a decisive role in design of grounding electrode systems. Also one of the major factors in the performance evaluation of a constructed grounding system is to obtain a very high accuracy in a ground resistance measurement. An accuracy of 2 percent is more than adequate for general purposes.
International standard IEC 60364 series have been introduced as Korean Industrial Standard(KS) in 2005. KS C IEC 60364-6 provides recommended procedures for measuring the ground resistance in low-voltage electrical installations. However, there is no a detailed explanation of the accuracy of ground resistance measurement in KS C IEC 60364-6 standard. It is necessary to obtain more detailed information on the problems related to the ground resistance measurement in KS C IEC 60364-6. The method for measuring a ground resistance according to KS C IEC60364-6 is based on fall-of-potential method.
The object of this study is to review the validity for measuring a ground resistance according to KS C IEC 60364-6. The results obtained form the ground resistance measuring method according to KS C IEC 60364-6 were compared the data obtained from the method based on 61.8% rule and the theoretical calculation values. Three ground electrode arrangements such as a ground rod, ground grid with 4 meshes and 4-ground rods in parallel, arranged a regular square were examined.
The deviation between the results obtained from the methods according to KS C IEC 60364-6 and 61.8% rule was evaluated as functions of the size of ground electrode and the distance from ground electrode to be measured to current auxiliary electrode in meters. Also the site experiments for measuring the ground rod resistance were performed as functions of the length of ground rod and the distance from the ground rod to current electrode.
As a result the accuracy of ground resistance measurement depends on locating the ground electrode to be measured at remote current electrode, and the ground resistance obtained from the methods according to KS C IEC 60364-6 was less than that obtained from 61.8% rule in all conditions of the size of ground electrode and the ground resistance measurement. Theoretically, the method for measuring the ground resistance based on 61.8% rule gives good measurement accuracy. The deviation between the ground rod resistances obtained from the methods according to KS C IEC 60364-6 and 61.8% rule was less than 3% in all test conditions since the formative region of ground rod resistance is small. The deviation between the ground grid resistances obtained from the methods according to KS C IEC 60364-6 and 61.8% rule was significantly depend on the size of ground grid and the distance from ground electrode to be measured to current auxiliary electrode. The deviation between the ground grid resistances obtained from the methods according to KS C IEC 60364-6 and 61.8% rule was greater than 30% in conditions of the 3030 [m] ground grid and the distance from ground grid center to current electrode 30 [m]. The deviation between the ground resistances obtained from the methods according to KS C IEC 60364-6 and 61.8% rule in same size of ground electrodes was decreased with increasing the distance from ground grid center to current electrode, and it in same condition of ground resistance measurement was increased with increasing the size of ground electrodes. In addition when a distance from ground grid center to current electrode is extended 5.5 time the maximum ground grid dimensions, it is expected that the measurement accuracy is less than 94%. Particularly, when measuring the ground resistance of large ground grid according to KS C IEC 60364-6, the evaluation of measurement error due to the size of ground grid and the distance from ground grid to be measured current auxiliary electrode is required. The results proposed in this thesis are expected to be useful to measure the ground resistance of large-sized grounding electrode systems.

국문 초록 (Abstract)

접지저항은 전기설비의 안전측면에서 가장 중요한 매개변수중 하나이다. 접지 저항의 정확한 측정은 접지전극 시스템의 설계에서 결정적인 역할을 한다. 또한 구성된 접지시스템의 성능 평가에서 주요 요인 중 하나는 접지저항 측정에서 매우 높은 정확도를 얻는 것이며, 일반적으로 2 %이하의 정확도이면 적당하다.
국제표준 IEC 60364 시리즈는 2005년 한국 산업 표준 (KS)으로 도입되었다. KS C IEC 60364-6은 저압 전기설비에서 접지저항을 측정하는 권장 절차로 제공한다. 그러나 KS C IEC 60364-6 표준에는 접지저항 측정방법의 정확도에 대한 자세한 설명은 없는 상태이다. KS C IEC 60364-6의 접지저항 측정에 관련 문제점에 대한 자세한 정보를 얻을 필요가 있다. KS C IEC 60364-6에 따른 접지저항 측정방법은 전위강하법을 기반으로 하고 있다.
본 연구의 목적은 KS C IEC 60364-6에 따른 접지저항 측정의 타당성을 검토하는 것이다. KS C IEC 60364-6에 따른 접지저항 측정방법으로 얻은 결과를 61.8 % 법칙을 기반으로 한 방법으로 얻은 데이터 그리고 이론적 계산값과 비교하였다. 봉형 접지전극과, 4개의 메시를 갖는 접지그리드 및 4개의 봉형 접지전극을 정4각으로 배치한 3가지 접지전극에 대한 실험을 진행했다.
KS C IEC 60364-6 및 61.8 % 법칙에 따른 방법으로 얻은 접지저항값의 사이의 편차를 접지전극의 크기와 측정대상 접지전극에서 전류보조전극까지의 거리 (E-C 간 거리)에 따라 평가하였다. 또한 봉형 접지전극의 접지저항을 측정하는 현장실험을 봉형 접지전극의 길이와 측정대상 접지전극과 전류보조전극간의 거리에 따라 수행하였다.
결과적으로 접지저항 측정의 정확도는 측정대상접지전극과 원방전류보조전극의 배치에 의존적이며, KS C IE 60364-6에 따른 측정방법으로 얻은 접지저항은 접지전극의 크기와 접지저항 측정의 모든 조건에서 61.8 %법칙으로 얻은 접지저항보다 작게 나타났다. 이론적으로 61.8%법칙에 따른 접지저항의 측정방법은 양호한 정확도를 제공한다. KS C IEC 60364-6표준과 61.8%법칙에 따른 방법으로 얻은 봉형 접지전극의 접지저항 사이의 편차는 봉형 접지전극의 접지저항의 형성영역이 작기 때문에 모든 측정 조건에서 3%미만이었다. KS C IEC 60364-6 및 61.8%법칙에 따른 접지저항의 측정방법으로 얻은 접지그리드의 접지저항 간의 편차는 접지그리드의 크기와 측정대상 접지전극과 전류보조전극까지의 거리에 따라 크게 달라진다. KS C IEC 60364-6과 61.8%법칙에 따른 접지저항의 측정방법으로 얻은 접지그리드의 접지저항 사이의 편차는 3030 [m] 접지그리드에서 접지그리드 중심에서 전류보조전극까지의 거리가 30 [m]일 때 30 %보다 크게 나타났다. 접지그리드 중심에서 전류보조전극까지의 거리가 증가함에 따라 동일한 크기의 접지전극에서 KS C IEC 60364-6 및 61.8 % 법칙에 따른 방법으로 얻은 접지저항의 편차는 감소했으며, 접지저항의 측정조건이 동일할 때 접지전극의 크기가 증가함에 따라 편차는 증가하였다. 더불어 접지그리드의 중앙에서 전류보조전극까지의 거리를 최대 접지그리드 크기의 5.5 배로 연장할때 측정 정확도가 94%미만이 될 것으로 예상된다. 특히 KS C IEC 60364-6표준에 따라 대형 접지그리드의 접지저항을 측정하는 경우 접지그리드의 크기와 측정대상 접지그리드와 전류보조전극사이의 거리로 인한 측정 오차의 평가가 필요하다. 본 논문에서 제안된 결과는 대형 접지전극 시스템의 접지저항을 측정하는데 유용할 것으로 예상된다.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구의 배경 및 필요성 1
• 1.2 연구 목적 및 내용 2
• 제 2 장 이 론 3
• 2.1 토양의 특성 3
• 2.1.1 토양의 전기적 성질 3
• 2.1.2 대지저항률 4
• 2.1.3 대지저항률에 영향을 미치는 요인 5
• 2.2 접지전극의 형상별 접지저항 6
• 2.2.1 봉형 접지전극 6
• 2.2.2 접지그리드 9
• 2.2.3 봉형 접지전극 본의 병렬접속 11
• 2.3 3전극법에 의한 대지저항률의 측정 13
• 2.4 접지저항의 측정 15
• 2.4.1 61.8%법칙 15
• 2.4.2 KS C IEC 60364-6에 따른 접지저항의 측정법 19
• 제 3 장 실 험 21
• 3.1 측정계의 구성 21
• 3.2 실험방법 24
• 제 4 장 결 과 및 고 찰 27
• 4.1 이론적 계산의 결과 27
• 4.1.1 봉형 접지전극 27
• 4.1.2 그리드 접지전극 35
• 4.1.3 봉형 접지전극 본의 병렬접속 (정4각형 배치) 43
• 4.1.4 측정방법에 따른 접지전극 형상별 접지저항의 추정 결과에 대한 검토 51
• 4.2 실험적 검토 53
• 4.2.1 대지저항률 53
• 4.2.2 61.8%법칙과 KS C IEC 60364-6에 따른 접지저항의 측정결과 및 고찰 55
• 제 5 장 결 론 84
• 참 고 문 헌 86