[단기연재] 누설전류계 (CLAMP ON LEAK HiTESTER

1. 개요 누설전류계는 훅크온메터의 기능을 보완하여 탄생된 제품이라 생각하면 쉽게 접근할 수 있는 계측기이다. 모양이나 사용법 등은 훅크온메터와 거의 비슷하나 단지 낮은 전류측정 기능 위주로 만들어져 있는 게 누설전류계의 특징이다. 일반적으로 전로에는 정상상태에서 항상 누설전류가 흐르고 있다. 이것은 전로에 대지정전용량 및 대지콘덕턴스가 존재하기 때문이다. 누설전류는 전로의 개폐에 따라 대지정전용량의 증감 및 온도, 습도, 절연열화 등에 의한 대지콘덕턴스가 증감하고 측정치도 크게 변하므로 측정회로만 단순하게 이상 유무를 측정하기에는 곤란하다. 일반적으로 경년변화를 추적하여 여러 조건의 변화를 고려하여 판정할 필요가 있다. 따라서 이번 호에서는 누설전류계에 대해서 기술하고자 한다.

2. 누설전류계 누설전류계는 몇 해전까지만 해도 아나로그 방식의 제품이 주종을 이루고 있었으나, 요즘은 다양한 종류의 디지털 방식이 시중에서 판매되고 있다. <그림 1>은 디지털방식의 누설전류계이다. 3. 누설전류 측정 선전류 측정과 같이 조작을 하나 단상전선의 누설전류 측정은 2선을 동시에, 3상의 경우는 3선을 동시에 물려서 측정한다. 특히 mA렌지로 사용하는 경우에는 접근전선의 전류에 의한 영향이 있기 때문에 가능한 전동기, 트랜스로부터 떨어진 위치에서 측정해야 한다. 1) 일반적인 배선방식 가. 제2종 접지선에서 전류가 검출되면 알파벳 순서로 순차적으로 측정하여 절연 열화상태를 확인한다 나. 전동기 M4에서 절연불량이면 입력 전류의 평형이 무너지므로 누설전류계에 누설전류가 지시되어 M4에서 절연불량임을 알 수 있다.

2) 단상 3선식 배선 가. P점과 Q점에서 동시에 절연이 불량하면 2종 접지선 ⓐ점에서는 Ig1 ~ Ig2의 차전류만 검출된다. 나. 만일 Ig1 = Ig2라면 실제는 상당히 많은 전류가 흘러도 a점에서는 전류개소가 검출되지 않을 수도 있다. 따라서 ⓒ점과 ⓕ점에서 각각 측정하여 누전개소를 확인한다.

3) 비접지식 배선 선로인 경우 가. 선로의 길이가 긴 경우는 충전용량에 의한 오차를 최소한으로 하기 위해 부하측 가장 가까운 지점에서 측정을 한다. 4) 케이블의 금속외장 접지를 2개소 이상 설치한 경우 가. 그림과 같이 계통의 부하기기에서 절연이 불량일 경우 누설전류는 제2종 접지선으로 귀로하게 되나, 부근에 다른 계통(A계통)의 케이블 금속차폐층 접지가 있을 때에는 누설전류의 일부가 금속차폐층쮡P점쮡제2종접지를 귀로로 하는 전류가 흐르게 된다. 나. 따라서 실제 A계통에서는 절연열화가 없는데도 P점에서 전류가 검출된다. 다. 이러한 경우 주변계통을 상세히 관찰하여 타 계통과의 관련 여부를 검토해야 한다. 5) 접지점이 기기로부터 먼 위치에 있을 경우 가. 그림과 같이 기기로부터 P점까지 접지선이 T상에 근접하여 길게 설치되면 ⓐ점에서의 누설전류치는 Zero가 되나 P점에서의 전류치는 상당한 값이 나타날 수 있다. 나. 이것은 T상으로부터 전자유도 현상에 의하여 P,Q간에 미소한 유도기전력이 발생하므로 P쮡Q 쮡기기와 대지와의 접촉면쮡대지쮡제3종접지극 쮡P에 이르는 순환 회로가 형성되므로 절연불량이 없는데도, P점에서 전류가 검출되는 것이다. 다. 이때는 접지선 P,Q간을 T상과 얼마간 이격시키는 것이 필요하다. 4. 누설전류계 사용방법 산업현장에서 전기엔지니어들이 다양한 누설전류계의 제품들을 활용하고 있다. 국내에서 많은 수량을 보유하고 있는 디지털방식을 임의로 선정하여 사용법을 기술해 본다. 1) 제품의 개요 3283 누설전류계는 활선상태에서 미소한 누설전류로부터 200A의 부하전류까지 광범위하게 측정이 가능하다. 또한 크램프부에는 고투과율 자성재를 사용하고 있어서 외부 자계의 영향, 피측정 도체의 위치에 의한 오차도 극소 오차로 측정할 수 있다. 2) 특 징 ○ 10mA F.S의 고감도 렌지 미소한 누설전류라도 정확하게 측정된다. (분해능 10μA) ○ 넓은 측정렌지 10mA~200A F.S의 5렌지 구성에 의한 광범위하게 측정된다. ○ 마이콤 탑재에 의한 다기능화 마이콤 탑재에 의해 SLOW, MAX/MIN로 된 기능도 소형, 다기능화로 되어 있어 사용이 쉽게 되어 있다. ○ 실효치 표시(RMS) 실효치 변환회로에 의해 외형 누설전류라도 정확하게 측정된다. ○ 필터기능 스위칭 전원이나 인버터 기기의 보급에 따라 누설전류 파형에 고조파 성분이 중첩되어 있는 경우가 있다. 필터기능에 의해 절연열화에 관계되는 누설전류와 고조파 성분도 포함된 누설전류의 2종류가 측정이 된다. ○ 출력단자 출력단자에 기록계를 접속하여 간단히 전류기록이 가능하다. (참고: 기록출력 ⇒ DC, 파형출력 ⇒ AC) ○ 외부자계, 도체위치의 영향이 적음 코아 및 자기쉴드에 고투자율 자성체를 사용, 트랜스, 모타 등에 근접한 외부자계가 있는 장소에서도 정확히 측정되고, 또한 도선위치에 의한 오차도 작기 때문에 영상변류기적인 사용법에 있어서도 잔류전류 특성이 작고, 좋은 정도를 측정할 수 있다. ○ 소비전력 소비전력 100mVA이하, 6F22(006P) 1개로 연속 40시간 사용가능하다. 3) 각부의 명칭과 기능

4) 필터기능 (FILTER) 스위칭 전원이나 인버터 기기의 보급에 따라 누설전류와 파형에 고조파 성분이 중첩되어 있을 경우가 있다. 1. 키를 눌러 준다. FILTER가 점등을 한다. LOW PASS필터가 유효하게 되어 불필요한 고조파 성분을 차단한다. 2. 다시 한번 키를 누르면 LOW PASS필터가 무효하게 되어 고조파 성분도 포함된 누설전류가 측정된다. FILTER가 없어진다. 5) 데이터 홀드 기능 (HOLD) 측정 중에 표시를 멈춰 읽고 싶을 때 사용한다. 1. 키를 눌러준다. 마크가 표시되고 DIGITAL표시를 유지한다. 데이터 홀드 기능을 해제하려면 다시 한번 키를 눌러준다. 6) 레코드 기능 (REC) REC 기능을 사용하면 표시치의 최대와 최소, 최대와 평균 및 순시치를 표시한다. 1. 키를 눌러 전류 렌지를 선택한다. 2. 전류를 측정하고 있는 상태에서 키를 누른다. REC가 점등하여 키가 눌러진 시점에서부터 현재까지의 최대치, 최소치, 평균치 및 순시치를 표시한다. 단, 표시되는 것은 그 중 하나로 다른 데이터는 내부 메모리로 보존된다. 주) AUTO 렌지에서 키를 누르면 현재의 전류렌지로 고정된다. 3. 측정 중에 키를 누르면 표시할 값을 선택할 수 있다. MAX가 표시되어 있을 때에는 최대치가 표시된다. MIN가 표시되어 있을 때에는 최소치가 표시된다. AVE가 표시되어 있을 때에는 평균치 = 가 표시된다. 4. 키를 누르면 REC 기능이 정지한다. 가 점등하고 REC가 점멸하지 않게 된다. 이 상태에서 키를 눌러서 MAX, MIN, AVE의 표시를 바꾸려면 내부의 메모리에 보존되어 있는 값을 순차 표시 할 수가 있다. 가 점등하고 있는 중에는 경과시간은 가산되지 않는다. 표시를 읽어 내기 위해서 도체로부터 크램프 센서를 떼어도 최소치는 “Zero”로 되지 않는다. 키를 다시 한번 누르면 가 꺼지고 레코드 기능이 재개된다. REC도 점등하고 시작한다. 7) 바그래프 기능 (BAR GRAPH) 바그래프 표시를 변경할 수 있다. 바그래프에는 전류렌지, 측정전류의 실효치(RMS), 경과시간(분)을 표시할 수가 있다. 1. 키를 누른다. 2. 전류렌지 표시가 바그래프 표시로 절환 된다. 키를 누르면 바그래프가 표시된다. 경과시간의 표시로 했을 때는 바그래프의 세그먼트가 점멸하여 키가 눌러진 시점에서 부터의 경과시간이 표시된다. 바그래프의 우측에 min이 표시되어 있을 때는 바그래프의 1세그먼트가 1분간을 표시한다. 1분 경과함에 따라 바그래프가 좌에서 1세그먼트씩 점멸하여 점등을 바뀐다. 바그래프가 전부 점등했을 때에는 경과시간이 30분이다. 경과시간이 30분 이상 되면 1분 경과하는 것에 따라 바그래프가 좌에서 1세그먼트씩 점멸해서 소등으로 바뀐다. 점멸 세그먼트의 좌측이 점등하고 있을 때 : 점등하고 있는 세그먼트의 수가 경과시간 (0~29) <그림 2>는 20분 경과한 것을 표시한다. 점멸 세그먼트의 우측이 점등하고 있을 때 : 소등하고 있는 세그먼트의 수(+30)가 경과시간(30~59) <그림 3>은 50분 경과한 것을 표시한다. hour가 표시되고 있을 때에는 1세그먼트가 1시간을 표시한다. 최대 59시간까지 표시를 할 수가 있다. <그림 4>는 1시간 40분 경과한 것을 표시하고 있다. 주) - 순시정전이나 써지의 검출은 할 수 없다. - 전원을 OFF로 하면 데이터는 지워진다. - 레코더 기능이 가능한 시간은 전지 잔량에 따라서 다르다. - 주파수의 최소 표시치는 30.0Hz이다. - 레코더 기능을 유효로 한 후에 피측정 도체를 크램프한 경우 최소치는 평소의 ‘Zero’로 상태로 되어 버린다. 이것을 피하려면 먼저 도체를 크램프하고서 키를 눌러 레코드 기능을 유효하게 해 준다. - 레코더 기능이 유효한 상태로 피측정 도체에서 크램프 센서를 꺼내면 최소치는 ‘Zero’로 된다. 이것을 피하려면 키를 눌러 주고서 크램프 센서를 빼내준다. - 레코더 기능을 해제하려면 키를 눌러 준다. 8) AUTO POWER SAVE 기능 (APS) 가 표시되고 있을 때에는 AUTO POWER OFF 기능이 유효하다. 어떤 Key도 누르지 않으면 약 10분 후에 전원이 OFF로 된다. OFF 하기 직전에 가 점등하고 부저음으로 경고한다. (약 30초간) 키 이외의 KEY를 누르면 10분간 연장된다. AUTO POWER OFF 기능을 무효로 할 때는 키를 누르고서 키를 눌러서 전원을 ON한다. 이 때 APS는 표시되지 않는다. REC 기능을 사용하고 있을 때에는 AUTO POWER OFF 기능은 무효로 된다. 출력기능 사용 시도 무효로 된다. 5. 누설전류 측정 (3283 누설전류계) 1. 키를 누른다. 2. 도체를 크램프 중앙에 넣는다. 접지선에서의 측정은 1선만 넣는다. (그림 a) 일괄 측정의 경우에는 전로를 일괄 넣는다. (그림 b) 주) - 단상 2선식 전로는 2선을 일괄로 넣어서 측정할 것. - 3상 4선식 전로는 4선을 일괄로 넣어서 측정할 것. 만약에 넣지 못할 경우에는 기기의 접지선에서 측정할 수가 있다. 3. 디지털 표시로 누설전류의 실효치(RMS)가 표시된다. LCD 표시기의 하부에는 전류렌지가 표시된다. 주) - 근접한 전선에 큰 전류(100A)가 흐르고 있는 경우 정확히 측정이 되지 않는 경우도 있다. 안전한 위치에서 측정을 한다. - 인버터의 2차측과 같은 특수한 파형은 측정되지 않을 수가 있다. - 측정렌지의 연속 최대입력이 넘는 전류는 입력하지 말 것. - 크램프를 열거나 전류렌지를 변화할 때에 수십 카운트의 표시가 나오나 이상은 없다. 표시는 서서히 ‘Zero’가 되나 약간 시간이 걸린다. 또 표시가 ‘Zero’가 되기 전에 측정을 해도 측정에는 영향이 없다. 6. 용어 정리 ○ 고주파 (High Frequency, High Frequency Wave) 가청주파수 범위 이상의 주파수, 즉 10~20kHz 이상의 주파수를 말한다. ○ 고조파 (Harmonics) 주기적 복합파의 각 성분 중 기본파 이외의 것으로 기본파의 n배인 주파수를 제n차 고조파라 한다. - 전력계통에 유출하는 전원주파수 보다 높은 주파수의 전류 또는 전압이다. - 상용주파수 (50/60Hz:기본파)의 복수배 주파수의 정현파를 가리키고, 최대 49배 까지를 말한다. ● 고조파에 의한 영향 - 고조파 전류에 의한 과열, 진동, 소음발생 - 변압기의 철손, 동손의 증가로 용량 감소 - 전자유도에 의한 통신잡음 - 제어신호의 오동작 - 고조파 대전류에 의한 차단기 동작 등. ○ 표피효과 (Skin Effect) 도체에 교류전류가 흐르면 도체내의 전류밀도의 분포가 불균일해진다. 즉 중심부는 전류밀도가 낮으며 전류는 표면에 집중해서 흐른다. 이 현상을 표피효과 또는 표피작용이라 한다. 이것은 도체의 중심부 일수록 쇄교 자속수가 많아지고, 인덕턴스가 커져서 전류가 흐르기 힘들기 때문이다. 이 때문에 실효저항이 증대하고, 또 주파수가 높아질수록 이 효과가 커진다. ○ 실효치 (Root Mean Square Value) 어떤 파형의 순시치의 2승을 1주기 간으로 평균값의 평방근을 말한다. 보통 RMS값이라고 한다, ○ 평균치 (Mean Value) 교류의 반주기간의 순시치의 평균을 말한다. ○ 파형율 (Form Factor) 실효치의 평균치에 대한 비를 말한다. 파형율 = ○ 파고율 (Crest Factor) 최고치의 실효치에 대한 비를 말한다. 파고율 = ○ 콘덕턴스 (Conductance) 저항의 역수로서 도전도라고도 하며 전류가 흐르기 쉬운 정도를 말한다. 최고치의 실효치에 대한 비를 말한다. 7. 맺음말 누설전류계는 편리하게 사용할 수 있도록 제작된 계측장비이다. 누설전류 측정에 있어서 근접하는 대전류의 영향이나 피더에서의 측정은 크램프하는 전선위치 등에 유의해야 한다. 설비나 기기는 고장이 갑자기 발생 하는 일은 거의 없고, 고장에 이르는 동안, 그 현상이 서서히 무엇인가의 형태로 나타난다. 특히 설비점검이나 보수에 정전하기가 곤란해지고 있는 현상은 그 중요도를 증가시키고 있다. 종래의 보수관리 방법으로 대응이 곤란한 면도 많이 생기고 있으니, 앞으로 무정전 점검에 대응하는 설비 점검 시스템의 기반이 중요하다는 것을 염두하시길 바란다.