KR20120008823A - System for measuring ground impedance in high frequency band - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 접지 임피던스 측정 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상용주파수 고장전류 또는 서지(Surge)와 같은 과도전류의 접지성능을 평가하기 위해 고주파 대역(65[Hz] 내지 1.3[MHz])에 대한 접지 임피던스를 측정할 수 있는 고주파 대역에서의 접지 임피던스 측정 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a ground impedance measurement system, and more particularly, to a high frequency band (65 [Hz] to 1.3 [MHz]) for evaluating the grounding performance of a transient current such as a commercial frequency fault current or surge. A ground impedance measurement system in a high frequency band capable of measuring ground impedance.
현재 접지 시스템의 성능은 1[kHz] 이하의 저주파 전류를 대지에 인가하여 평가되고 있다. 그러나, 전로의 지락이나 낙뢰 시에는 수 [kHz] ~ 수 [MHz]의 주파수 성분을 가지는 과도전류가 흐르며, 파형의 상승시간도 수백 [ns] ~ 수 [μs] 의 범위이므로, 저주파 전류로 측정한 접지저항으로 계산되는 대지전위 상승과는 상당한 차이가 있다. Currently, the performance of the grounding system is evaluated by applying a low frequency current of 1 [kHz] or less to the ground. However, in the event of a ground fault or lightning strike, a transient current with frequency components of several [kHz] to several [MHz] flows, and the rise time of the waveform is also in the range of several hundreds [ns] to several [μs]. There is a significant difference from the rise of the earth potential, which is calculated from one ground resistance.
접지극에 저주파 전류가 유입되면 접지극의 리액턴스 성분의 영향이 매우 작아 단순히 저항성분으로 측정되지만, 서지전류와 같은 과도전류 및 고주파 전류가 대지에 유입되면 접지극의 리액턴스 및 대지의 커패시턴스에 대한 영향이 매우 커져 임피던스 성분으로 나타난다. 따라서, 접지 시스템의 성능은 저주파뿐만 아니라 고주파 성분을 고려하여 광대역으로 평가되어야 한다. 즉, 기존의 접지 임피던스 측정장치는 1[kHz] 이하의 저주파 대역에서 고정 주파수로 측정하였다. 그러나, 실제 접지계는 고장상태에 따라 수 백[kHz] ~ 수[MHz] 정도의 고주파 전류가 발생하므로, 정보통신기기 및 전자기기에 대해 고주파 대역(65[Hz] 내지 1.3[MHz])에서의 정밀한 접지 임피던스의 측정이 요구된다. When the low-frequency current flows into the ground electrode, the reactance component of the ground electrode is very small, so it is simply measured as a resistance component.However, when transient and high-frequency currents such as surge current enter the ground, the ground-pole reactance and ground capacitance become very large. Appears as an impedance component. Therefore, the performance of the grounding system should be evaluated with wide bandwidth in consideration of high frequency components as well as low frequency. That is, the conventional ground impedance measuring apparatus measured at a fixed frequency in the low frequency band of less than 1 [kHz]. However, the actual grounding system generates high frequency currents of several hundreds [kHz] to several [MHz] depending on the fault condition. Accurate grounding impedance measurements are required.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 저주파뿐만 아니라 고주파 범위에서의 접지 임피던스 즉, 서지전류와 같은 과도전류 및 고주파 전류가 대지에 유입에 따른 고 임피던스 성분을 측정하도록 함에 그 목적이 있다. The present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to measure a high impedance component according to the inflow of the ground impedance, that is, the transient current and the high frequency current such as the surge current in the high frequency range as well as the low frequency. have.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 고주파 대역에서의 접지 임피던스 측정 시스템에 관한 것으로서, 65[Hz] 내지 1.3[MHz] 주파수 대역에서의 정현파 전원을 발생시키는 정현파 발생부; 입력되는 전원을 최대 30[Vp-p], 0.5[A]까지 증폭시킨 후, 지면에 매설된 전류보조전극(C) 및 접지극(E)에 인가하는 전류 증폭부; 측정 주파수 대역을 설정하고, 임피던스 측정범위를 설정하는 설정부; 접지극(E)으로부터 전류를 측정하고, 전위보조전극(P)으로부터 지면에 인가된 전류에 의해 나타나는 전압을 측정하는 측정부; 입력되는 전압 및 전류를 이용하여, 접지 임피던스값을 연산하고, 설정된 측정 주파수 대역에서의 위상을 산출하는 연산부; 및 상기 연산부를 통해 연산된 결과를 바탕으로, 각각의 주파수에 해당하는 위상 및 접지 임피던스값을 그래프 형태로 출력하는 표시부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention for achieving the technical problem relates to a ground impedance measurement system in a high frequency band, the sinusoidal wave generator for generating a sinusoidal power in the frequency band 65 [Hz] to 1.3 [MHz]; Amplifying the input power to 30 [V pp ] and 0.5 [A], and then applying the current amplifier to the current auxiliary electrode C and the ground electrode E embedded in the ground; A setting unit for setting a measurement frequency band and setting an impedance measurement range; A measuring unit measuring a current from the ground electrode E and measuring a voltage represented by a current applied to the ground from the potential auxiliary electrode P; A calculator for calculating a ground impedance value using the input voltage and current, and calculating a phase in a set measurement frequency band; And a display unit outputting a phase and ground impedance value corresponding to each frequency in a graph form based on the result calculated by the operation unit. Characterized in that it comprises a.
또한 상기 정현파 발생부 및 전류 증폭부 사이에, 전압 폴로워(Voltage Follower)를 구성하여, 정현파 발생부의 출력 임피던스에 관계없이 원 신호를 전류 증폭부로 전달하는 것을 특징으로 한다.In addition, a voltage follower may be formed between the sinusoidal wave generator and the current amplifier to transfer the original signal to the current amplifier regardless of the output impedance of the sinusoidal wave generator.
또한 상기 제어부는, 측정 주파수 대역을 65[Hz] 내지 1.3[MHz] 로 설정하고, 임피던스 범위를 1[Ω] 내지 200[Ω] 으로 설정하는 것을 특징으로 한다.The control unit may set the measurement frequency band to 65 [Hz] to 1.3 [MHz] and the impedance range to 1 [Ω] to 200 [Ω].
또한 대역제거필터(Band Rejection Filter: BRF)를 이용하여, 전압 및 전류 측정 시, 전원 노이즈의 유입에 의해 발생하는 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, by using a band rejection filter (BRF), the noise removal unit for removing the noise caused by the inflow of power supply noise when measuring voltage and current; It characterized in that it further comprises.
그리고 상기 연산부는, [수식 4] 를 통해 최대전압 V(t1) 과 최대전류 i(t2) 의 비로서, 접지 임피던스를 측정하는 것을 특징으로 한다. In addition, the operation unit measures a ground impedance as a ratio of the maximum voltage V (t 1 ) and the maximum current i (t 2 ) through [Equation 4].
[수식 4] [Equation 4]
상기와 같은 본 발명에 따르면, 고장상태에 따라 수 백[kHz] ~ 수[MHz] 정도의 고주파 전류 발생하는 정보통신기기 및 전자기기에 대해서도, 고주파 대역(65[Hz] 내지 1.3[MHz])에서의 정밀한 접지 임피던스의 측정이 가능한 효과가 있다. According to the present invention as described above, high frequency bands (65 [Hz] to 1.3 [MHz]) also for information communication devices and electronic devices that generate a high frequency current of several hundred [kHz] to several [MHz] depending on a fault condition. It is possible to measure the precise ground impedance at.
도 1 은 본 발명에 따른 고주파 대역에서의 접지 임피던스 측정 시스템에 관한 전체 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 고주파 대역에서의 접지 임피던스 측정 시스템의 성능을 평가하기 위한 실험계를 보이는 일예시도.
도 3 은 본 발명에 따른 3연접 접지극에 측정 주파수 650[Hz]와 외부 노이즈 60[Hz]를 모의하였을 때, 측정된 전압과 전류파형을 나타낸 그래프.
도 4 는 본 발명에 따른 주파수에 따른 접지 임피던스의 변화를 나타낸 그래프.1 is an overall configuration diagram of a ground impedance measurement system in a high frequency band according to the present invention.
Figure 2 is an exemplary view showing an experimental system for evaluating the performance of the ground impedance measurement system in the high frequency band according to the present invention.
3 is a graph showing the measured voltage and current waveforms when the measurement frequency 650 [Hz] and external noise 60 [Hz] are simulated on three consecutive ground electrodes according to the present invention.
4 is a graph showing a change in the ground impedance according to the frequency according to the present invention.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.Specific features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings. In the meantime, when it is determined that the detailed description of the known functions and configurations related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, it should be noted that the detailed description is omitted.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
본 발명에 따른 고주파 대역에서의 접지 임피던스 측정 시스템에 관하여 도 1 내지 도 4 를 참조하여 설명하면 다음과 같다. The ground impedance measurement system in the high frequency band according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
도 1 은 본 발명에 따른 고주파 대역에서의 접지 임피던스 측정 시스템(S)에 관한 전체 구성도로서, 도시된 바와 같이 정현파 발생부(100), 전류 증폭부(200), 설정부(300), 측정부(400), 노이즈 제거부(500), 연산부(600) 및 표시부(700)를 포함하여 이루어진다. 1 is an overall configuration diagram of a ground impedance measurement system S in a high frequency band according to the present invention, and as shown, a
정현파 발생부(100)는 65[Hz] 내지 1.3[MHz] 주파수 대역에서의 정현파 전원을 발생시킨다.
The
전류 증폭부(200)는 입력되는 전원을 최대 30[Vp-p], 0.5[A]까지 증폭시킨 후, 지면에 매설된 전류보조전극(C) 및 접지극(E)에 인가한다.The
이때, 정현파 발생부(100) 및 전류 증폭부(200) 사이에, 입력전압을 그대로 출력하는 전압 폴로워(110)(Voltage Follower)를 구성하여, 정현파 발생부(100)의 출력 임피던스에 관계없이 원 신호를 전류 증폭부(200)로 전달한다.
At this time, between the
설정부(300)는 측정 주파수 대역을 설정하고, 임피던스 측정범위를 설정한다. 즉, 설정부(300)는 측정 주파수 대역을 65[Hz] 내지 1.3[MHz] 로 설정하고, 임피던스 범위를 1[Ω] 내지 200[Ω]으로 설정한다.
The setting unit 300 sets a measurement frequency band and sets an impedance measurement range. That is, the setting unit 300 sets the measurement frequency band to 65 [Hz] to 1.3 [MHz], and sets the impedance range to 1 [Ω] to 200 [Ω].
측정부(400)는 접지극(E)으로부터 전류를 측정하고, 전위보조전극(P)으로부터 지면에 인가된 전류에 의해 나타나는 전압을 측정한다.
The
한편, 60[Hz] 전원 노이즈가 존재할 때, 파형으로 노이즈를 제거하지 않으면 오차가 발생하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 정확한 접지 임피던스 연산을 위해, 대역제거필터를 적용하도록 한다. On the other hand, when 60 [Hz] power supply noise is present, an error occurs if the noise is not removed from the waveform. Therefore, in the present invention, the band elimination filter is applied for accurate ground impedance calculation.
즉, 노이즈 제거부(500)는 대역제거필터(Band Rejection Filter: BRF)를 이용하여, 전압 및 전류 측정 시, 전원 노이즈의 유입에 의해 발생하는 노이즈를 제거한다.
That is, the noise removing unit 500 removes noise generated by the inflow of power supply noise when measuring voltage and current by using a band rejection filter (BRF).
연산부(600)는 입력되는 전압 및 전류를 이용하여, 접지 임피던스값을 연산하고, 설정된 측정 주파수 대역에서의 위상을 산출한다. The
한편, 접지 임피던스는 접지극에 유입되는 과도전류에 대한 과도전압의 비로 정의되며, 다음의 [수식 1] 과 같다.On the other hand, the ground impedance is defined as the ratio of the transient voltage to the transient current flowing into the ground electrode, as shown in the following [Equation 1].
[수식 1][Equation 1]
또한, 접지 임피던스를 나타내는 파라미터는 전압과 전류의 최대값을 기준으로 다음의 [수식 2] 내지 [수식 5] 를 통해 나타낼 수 있다. In addition, the parameter representing the ground impedance may be represented by the following [Equation 2] to [Equation 5] based on the maximum value of the voltage and the current.
[수식 2][Equation 2]
[수식 3][Equation 3]
[수식 4][Equation 4]
[수식 5][Equation 5]
여기서, Z1은 전압과 전류비의 최대값이며, Z2는 전압이 최대값에 도달할 때(t1), 전압의 최대값과 전류값의 비이며, Z3은 최대전압과 최대전류의 비이며, Z4는 전류가 최대값에 도달할 때(t2), 전압과 전류값의 비이다.Here, Z 1 is the maximum value of the voltage and current ratio, Z 2 is the ratio of the maximum value of the voltage and the current value when the voltage reaches the maximum value (t 1 ), Z 3 is the maximum voltage and the maximum current Z 4 is the ratio of the voltage and the current value when the current reaches the maximum value (t 2 ).
특히, Z3은 실효 서지 임피던스이다. In particular, Z 3 is the effective surge impedance.
즉, 연산부(600)는 [수식 4] 와 같이 전압 및 전류값을 바탕으로, 접지 임피던스값을 연산하고, 설정된 측정 주파수 대역에서의 위상을 산출한다.
That is, the
표시부(700)는 상기 연산부(600)를 통해 연산된 결과를 바탕으로, 각각의 주파수에 해당하는 위상 및 접지 임피던스값을 그래프 형태로 출력한다.
The
이하에서는, 실험계를 구성하여 고주파 대역에서의 접지 임피던스 측정 시스템의 성능을 평가해보도록 한다. 3연접 접지극에서 고주파 대역에서의 접지 임피던스 측정 시스템(S)의 평가는 도 2 에 도시된 바와 같이 전위강하법으로 수행하였다. IEEE Std. 80-2000에 따라 각 접지극의 간격은 10[m]로 하고, 리드선 사이의 상호 유도결합에 의한 오차를 줄이기 위하여 90도로 배치하였다. Hereinafter, an experiment system will be configured to evaluate the performance of the ground impedance measurement system in the high frequency band. Evaluation of the ground impedance measurement system S in the high frequency band at the three-junction ground electrode was performed by the potential drop method as shown in FIG. 2. IEEE Std. According to 80-2000, the distance between each ground electrode is 10 [m], and it is arranged at 90 degrees to reduce the error caused by mutual inductive coupling between lead wires.
외부 노이즈를 모의하기 위한 전원장치(10)는 주파수 45[Hz] 내지 999[Hz]에서 최대 300[V], 5[A]를 공급할 수 있으며, 노이즈 인가용 전극 g1 및 g2를 설치하였다. The
먼저, 외부 노이즈가 있는 환경에서 본 접지 임피던스 측정 시스템의 성능을 분석하였다. 도 3 은 3연접 접지극에 측정 주파수 650[Hz]와 외부 노이즈 60[Hz]를 모의하였을 때, 측정된 전압과 전류파형을 나타낸 것이다.First, we analyzed the performance of the ground impedance measurement system in an environment with external noise. FIG. 3 shows the measured voltage and current waveforms when the measurement frequency 650 [Hz] and external noise 60 [Hz] are simulated on the three-junction ground electrode.
도 3 의 (a) 및 (b) 는 각 전극에 나타나는 전류 및 전압 파형이며, 도 3 의 (c) 및 (d) 는 측정기의 디지털 대역통과필터에서 측정 주파수와 동일한 주파수 성분의 전류와 전압 성분만을 나타낸 것이다. 측정을 위해 인가한 전원 주파수 이외의 성분은 설계한 신호처리 알고리즘에 의해 모두 제거되어 외부 노이즈의 영향을 받지 않고 측정됨을 알 수 있다.(A) and (b) of FIG. 3 are current and voltage waveforms appearing at each electrode, and FIGS. 3 (c) and (d) are current and voltage components of the same frequency component as the measurement frequency in the digital bandpass filter of the measuring instrument. It is shown only. It can be seen that all components other than the power frequency applied for the measurement are removed by the designed signal processing algorithm and are not affected by external noise.
도 4 는 주파수에 따른 접지 임피던스의 변화를 나타낸 것으로, 65[Hz] 내지 1.3[MHz]에서 주파수 증가에 따라 감소하는 용량성의 특성이 나타났다.
Figure 4 shows the change in the ground impedance with frequency, the characteristics of the capacitive decrease with increasing frequency from 65 [Hz] to 1.3 [MHz].
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다. As described above and described with reference to a preferred embodiment for illustrating the technical idea of the present invention, the present invention is not limited to the configuration and operation as shown and described as described above, it is a deviation from the scope of the technical idea It will be understood by those skilled in the art that many modifications and variations can be made to the invention without departing from the scope of the invention. Accordingly, all such suitable changes and modifications and equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.
S: 고주파 대역에서의 접지 임피던스 측정 시스템
100: 정현파 발생부 200: 전류 증폭부
300: 설정부 400: 측정부
500: 노이즈 제거부 600: 연산부
700: 표시부S: ground impedance measurement system in high frequency band
100: sinusoidal wave generator 200: current amplifier
300: setting unit 400: measuring unit
500: noise removing unit 600: calculating unit
700: display unit
Claims (5)
입력되는 전원을 최대 30[Vp-p], 0.5[A]까지 증폭시킨 후, 지면에 매설된 전류보조전극(C) 및 접지극(E)에 인가하는 전류 증폭부;
측정 주파수 대역을 설정하고, 임피던스 측정범위를 설정하는 설정부;
접지극(E)으로부터 전류를 측정하고, 전위보조전극(P)으로부터 지면에 인가된 전류에 의해 나타나는 전압을 측정하는 측정부;
입력되는 전압 및 전류를 이용하여, 접지 임피던스값을 연산하고, 설정된 측정 주파수 대역에서의 위상을 산출하는 연산부; 및
상기 연산부를 통해 연산된 결과를 바탕으로, 각각의 주파수에 해당하는 위상 및 접지 임피던스값을 그래프 형태로 출력하는 표시부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 대역에서의 접지 임피던스 측정 시스템.
A sine wave generator for generating a sine wave power in the frequency band of 65 [Hz] to 1.3 [MHz];
Amplifying the input power to 30 [V pp ] and 0.5 [A], and then applying the current amplifier to the current auxiliary electrode C and the ground electrode E embedded in the ground;
A setting unit for setting a measurement frequency band and setting an impedance measurement range;
A measuring unit measuring a current from the ground electrode E and measuring a voltage represented by a current applied to the ground from the potential auxiliary electrode P;
A calculator for calculating a ground impedance value using the input voltage and current, and calculating a phase in a set measurement frequency band; And
A display unit for outputting a phase and ground impedance value corresponding to each frequency in the form of a graph based on the result calculated by the operation unit; Grounding impedance measurement system in a high frequency band comprising a.
상기 정현파 발생부 및 전류 증폭부 사이에, 전압 폴로워(Voltage Follower)를 구성하여, 정현파 발생부의 출력 임피던스에 관계없이 원 신호를 전류 증폭부로 전달하는 것을 특징으로 하는 고주파 대역에서의 접지 임피던스 측정 시스템.
The method of claim 1,
A voltage follower is formed between the sinusoidal wave generator and the current amplifier to transmit a raw signal to the current amplifier regardless of the output impedance of the sinusoidal wave generator. .
상기 제어부는,
측정 주파수 대역을 65[Hz] 내지 1.3[MHz] 로 설정하고, 임피던스 범위를 1[Ω] 내지 200[Ω] 으로 설정하는 것을 특징으로 하는 고주파 대역에서의 접지 임피던스 측정 시스템.
The method of claim 1,
The control unit,
A ground impedance measurement system in a high frequency band, wherein the measurement frequency band is set to 65 [Hz] to 1.3 [MHz] and the impedance range is set to 1 [Ω] to 200 [Ω].
대역제거필터(Band Rejection Filter: BRF)를 이용하여, 전압 및 전류 측정 시, 전원 노이즈의 유입에 의해 발생하는 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 대역에서의 접지 임피던스 측정 시스템.
The method of claim 1,
A noise removal unit for removing noise generated by inflow of power supply noise when measuring voltage and current by using a band rejection filter (BRF); Ground impedance measurement system in the high frequency band further comprises.
상기 연산부는,
[수식 4] 를 통해 최대전압 V(t1) 과 최대전류 i(t2) 의 비로서, 접지 임피던스를 측정하는 것을 특징으로 하는 고주파 대역에서의 접지 임피던스 측정 시스템.
[수식 4]
The method of claim 1,
The calculation unit,
A ground impedance measurement system in a high frequency band characterized by measuring the ground impedance as the ratio of the maximum voltage V (t 1 ) and the maximum current i (t 2 ) through [Equation 4].
[Equation 4]
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