저항분 누설전류의 측정방법인 l0r식이나 lgr식을 이용한 전용 측정기가 시중에서 판매되고 있어 용도에 따라 효율적으로 이용되고 있지만 가격이 비싼데다가 크기가 커서 사용하기 불편했다. 텐팔공업에서는 손쉽게 사용할 수 있는 저렴한 소형 측정기를 원하는 현장의 목소리를 반영하여 이번 제품을 개발했다. 이 기기는 클램프미터와 조합하면 저항분 누설전류 측정기로 이용할 수 있다. 여기서는 제품개발 배경, 측정원리, 구성과 사양, 특징, 적용 장소와 측정상의 주의점 및 유지, 보수에 대해 설명한다.
제품개발 배경
전기를 안전하게 사용하기 위해서는 전기설비를 보전하는 것이 중요하다. 그 중에서도 저압 전로의 절연성능을 보전하는 방법으로는, 전기설비기술 기준이나 관련 규정에 따라 절연저항 및 누설전류를 측정함으로써 절연을 유지ㆍ관리하고 있다.
최근에는 작업에 따른 정전(停電)을 수반하지 않는 클램프미터를 이용한 누설전류 측정법이 보급되고 있지만 전로에 존재하는 대지(對地) 정전용량을 통하여 흐르는 용량분 누설전류가 많으면 본래 측정해야 할 배선이나 기기의 절연열화에 의해 흐르는 저항분 누설전류를 바르게 측정할 수 없어 누설전류 측정 방법을 이용한 절연 관리 적용에는 한계가 있다.
저항분 누설전류를 측정하는 방법으로는 I0r식(전로의 전압위상을 기준으로 연산하는 방식)이나 Igr식(저주파 신호를 전로에 주입하는 방식)을 이용한 전용 측정기가 판매되고 있으며 용도에 맞게 사용되고 있지만 크기가 크고 가격이 비싼 것이 단점이다.
이번에 개발된 제품은 현장에 가지고 다니면서 손쉽게 사용할 수 있도록 크기가 작으면서도 저렴한 제품을 기대하는 소비자의 요구를 충족시킬 수 있다.
전기 보전 관계자가 사용하고 있는 클램프미터와 이 제품을 조합하기만 하면 저항분 누설전류 측정기로 이용할 수 있도록 소형화 및 저가격을 실현했다.
용도
(1) 절연 상태를 간단ㆍ적절하게 관리
전기설비의 보전 업무에서는 정기적으로 변압기마다 B종 접지선의 누설전류(I0)를 클램프미터로 측정한다.
측정값(I0)이 증가하면 절연 불량일 가능성이 있으므로 지락 개소를 탐사해야 하는데, 이 작업은 정전 작업이 따르는 경우가 많아 대단히 수고스럽다.
가령 용량분 누설전류(I0c)의 영향으로 측정값(I0)이 증가한 경우에는 이 작업이 소용없다.
이 제품을 사용하면 용량분 누설전류(I0c)와 저항분 누설전류(I0r)가 간단히 구별되어 전기설비의 절연의 유지ㆍ관리를 간단ㆍ적절하게 시행할 수 있다(그림 1).
▲ 그림 1. 클램프미터를 이용한 누설전류 측정
(2) 지락 개소의 탐사를 효율적으로 시행
지락이 발생하면 어디인지 발견하여 수선할 필요가 있다.
지금까지 방법을 이용하면 용량분 누설전류(I0c)의 영향 때문에 지락 개소를 탐사하는 데 어려움이 따랐지만 이 제품을 사용하면 효율적으로 지락 개소를 탐사할 수 있다(그림 2).
▲ 그림 2. 지락 개소 탐사
(3) 절연 감시장치 도입 시 사전조사를 간단히 시행
절연 감시장치에는 I0식, I0r식, Igr식3 종류의 제품이 있으며 성능과 가격, 크기 등 특징에 따라 구분하여 사용되고 있다(그림 3).
▲ 그림 3. 절연 감시장치의 특징
이 제품을 사용하면 I0식, I0r식 중 어느 방식의 절연 감시장치를 사용하는 것이 좋은지알수있다(그림 4).
▲ 그림 4. 절연 감시장치 도입 시의 사전 조사
측정원리
일반 클램프미터에는 용량분 누설전류(I0c)와 저항분 누설전류(I0c)가 합성된 전류(I0)가 표시된다.
용량분 누설전류의 영향을 없애기 위해 전로의 전압위상을 검출하고 용량분 누설전류와 역위상 전류를 장치에서 발생시켜 클램프미터의 CT에 흘린다.
수동으로 주입전류의 크기를 변화시키고 클램프미터의 표시값이 최소가 된 값을 판독한다.
이때의 값이 저항분 누설전류이다.
(1) 단상 전로인 경우
그림 5의 벡터도와 같이 용량분 누설전류는 전원전압에 대해 90도 앞서고 있다. 이 전류와 역위상인 전류가 주입전류이다.
▲ 그림 5. 측정 원리도(단상 3선식)
(2) 3상 전로(델타 결선)인 경우
그림 6의 벡터도와 같이 U상 및 W상에는 각각 용량분 누설전류 I0c(u)와 I0c(w)가 흐르고 있다. U상과 W상의 대지(對地) 정전용량이 균형 잡힌 경우 용량분 누설전류의 합성합 전류 I0c는 U-W간의 전원전압과 동위상의 전류이다. 이 전류와 역위상인 전류가 주입전류이다.
▲ 그림 6. 측정 원리도(3상 3선식)
또한 클램프미터의 표시값이 최소가 된 값에 1.15배한 값이 저항분 누설전류가 된다.
구성과 사양
(1) 구성
그림 7은 I0 측정용 장치의 외관을 나타낸 것이며 다음의 4가지로 구성되어 있다.
▲ 그림 7. I0r 측정용 장치
① 전원전압의 위상을 검출하기 위한 전압위상 검출 센서
② 주입전류를 발생시키는 전자회로를 장착한 측정용 장치 본체
③ 주입전류를 클램프미터의 CT로 보내는 주입전류 출력선
④ 3상 전로에서 측정하는 경우 사용하는 보조 어스선
(a) 전압위상 검출 센서
전압위상 검출 센서는 정전유도 원리를 이용한 비접촉식이며, 전로-대지간 전압을 정전용량 분압함으로써 전원전압의 위상을 검출한다(그림 8).
▲ 그림 8. 전압위상 검출 센서 구조도
단상 전로에서는 어느 상의 2개를 클립해도 되지만 3상 전로에서는 접지상(V상)이 아니라 전압상(U상과 W상) 2개를 클립하여 사용한다.
(b) 본체
전압위상 검출 센서로 검출한 전원전압의 위상에 대해 소정의 각도를 지닌 주입전류를 생성한다.
또 쉽게 조작할 수 있도록 각종 버튼과 손잡이를 표면에 배치하였으며 다음과 같은 기능이 있다.
① 주입전류 조정 손잡이
주입전류의 크기를 조정하는 손잡이로서, 한손으로 조작할 수 있도록 왼쪽 끝에 배치했다.
② 레인지 선택 버튼
용량분 누설전류의 크기에 따라 주입전류 크기의 가변 범위를 3단계로 전환할 수 있다(0∼2m, 0∼20mA, 9∼100mA).
③ 극성 반전 버튼
주입전류 출력선을 클램프미터의 CT에 관통시키는 방향에 따라서는 용량분 누설전류와 같은 위상의 전류가 흐른다.
이 경우는 클램프미터의 표시값은 증가한다. 감소되지 않는 경우는 극성 반전 버튼을 이용하여 주입전류의 위상을 180도 반전시킨다.
(c) 주입전류 출력선
주입전류 출력선은 시중에서 판매하는 LAN 케이블(8심)도 사용할 수 있다.
8심의 케이블을 클램프미터의 CT에 1회전시키면 8배의 주입전류가 흐르도록 회로의 배선을 연구하여 저소비전력을 실현했다.
또 용량분 누설전류가 100mA를 초과하는 경우는 주입전류 출력선을 필요한 횟수만큼 CT에 관통시켜 사용한다.
(d) 보조 어스선
3상 전로에서 측정하는 경우에 사용한다. 어스 단자나 접지되어 있는 분전반의 금속부를 클립함으로써 안정된 전압위상 검출이 가능하다.
(2) 사양
저항분 누설전류 측정용 장치의 사양을 표 1에 나타낸다.
▲ 표 1. 사양
특징
(1) 경제적
I0r 측정용 유닛을 클램프미터와 조합하면 저항분 누설전류 측정기로 이용할 수 있다. 고가인 전용의 측정기를 구입할 필요가 없어 경제적이다.
(2) 휴대가 간단
소형의 휴대형이므로 클램프미터와 세트하여 간단히 휴대할 수 있다. 지락탐사 등 여러 장소를 이동하며 조사하는 업무에 최적이다.
(3) 안전
전압위상 검출 센서는 비접촉식이므로 전로의 충전부에 접촉되지 않고 안전하게 작업할 수 있다.
(4) 조작이 간단
사용 방법은 간단하며 한손으로도 조작할 수 있다. 또 뒷면에 마그네트가 장착되어 있어 반면(盤面)에 흡착시켜 사용하는 등 현장의 상황에 따라 효율적인 작업을 수행할 수 있다(사진 1~3).
▲ 사진 1. 전압위상 검출 센서를 클립
▲ 사진 2. 측정
▲ 사진 3. 측정값 판독
적용 장소와 측정상의 주의점
(1) 적용 장소
적용 가능한 전로는 ▲단상 2선식, ▲단상 3선식, ▲3상 3선
식(델타 결선)이다.
(2) 측정상의 주의점
(a) 3상 전로에서 사용하는 경우
① 델타 결선 전로에서 사용하는 것을 조건으로 주입전류의 위상을 설정하였기 때문에 스타 결전이나 V결선 전로에서는 사용할 수 없다.
② 앞의 측정원리에서 설명한 바와 같이 전압상(U상과 W상)의 대지 정전용량이 균형 잡힌 조건에서 주입전류의 위상을 설정하였기 때문에 대지 정전용량의 균형이 무너져 있는 경우 오차가 커진다. 전로의 부하기기가 3상 동력 부하뿐만 아니라 히터 같은 단상 기기가 많이 접속되어 있는 전로에서는 주의해야 한다.
(b) 인버터 부하가 접속되어 있는 전로
용량분 누설전류의 영향을 없애는 능력은 클램프미터의 성능에도 의존한다. 인버터 부하기기가 접속되어 있는 전로와 같이 용량분 누설전류에 고조파 전류가 포함되어 있는 경우는 제거하기 어렵다. 이 경우, 필터 기능이 있는 클램프미터를 사용하여 가급적 클램프미터의 측정값에 고조파 전류의 영향이 남지지 않도록 해서 사용한다.
(c) 여러 트랜스의 B종 접지선이 공통 접지되어 있는 경우
각 트랜스의 B종 접지선마다 누설전류를 측정할 필요가 있다.
유지, 보수
(1) 에러 표시가 점멸할 경우
건전지의 수명이 다 되었으므로 교환한다.
(2) 에러 표시가 연속 점등하며 전압위상 검출 센서의 세팅을 확인해도 꺼지지 않을 경우
전압위상 검출 센서가 단선되었는지 확인한다(확인 방법은 제품 설명서에 기재되어 있다). 또 단선 수리는 회사에서 한다.
(3) 전류 출력선이 단선되었을 경우
시중에서 판매하는 LAN 케이블을 사용하거나 회사에 문의하면 된다.
(4) 기타
그림 9와 같은 모의회로를 제작해 놓으면 고객이 기능을 확인할 수 있다.
▲ 그림 9. 기능 확인용 모의회로(예)
하야시 타다다카(林 忠孝)
텐팔공업(주)
本 記事는 日本 OHM社가 發行하는 「電氣と工事」誌와의 著作權協約에 依據하여 提供받은 資料입니다.