절연저항 측정(megger)의 원리

절연저항 측정의 원리는?

 

메거(MEGGER)는 직류전압을 전로에 인가해서 전로의 전기적인 절연저항을 측정하는 기기입니다. 전로에 직류전압을 가할 때 발생하는 충전 전류와 누설전류를 합한 전류값으로 전로에 인가한 직류전압을 나누어서 저항값을 측정하는 단순한 방법을 사용합니다(R=V/I)

1. 절연저항 측정의 원리식입니다.

절연저항=(인가전압[v]/((충전 전류(I charge)+누설전류(I leak))[A]))[ohm] 반드시 직류전원을 사용해야 합니다. 측정 초기에는 측정전로에 큰 직류충전 전류가 흘러서 절연저항값이 0에 근접합니다. 측정 선로에 충전이 완료되면 충전 전류는 0이 됩니다. 이후 측정 선로에는 누설 저항(漏泄抵抗) 경로를 통한 누설전류만 흐르게 되어 측정 선로의 절연 저항값을 지침 합니다.

2. 충전 전류(充電電流)?

충전 전류가 무엇일까요? 메고 측정 시 "전로/절연물/대지(충전부와 대지 간 측정)" 또는 "전로/절연물/전로(충전부와 충전부 간 측정)"의 경로가 일종의 콘덴서와 같은 구조가 됩니다. 위의 콘덴서 구조에서 절연물을 콘덴서의 극판 게재물 역할을 하도록 사이에 두고 전로와 대지 간 또는 전로와 전로 간에 충전되는 직류전류를 충전 전류라 칭합니다! 충전 전류량의 크기는 다음과 같이 개념적으로 이해할 수 있습니다. 콘덴서의 충전판의 역할을 하게 되는 전로의 단면적과 콘덴서 구조의 극간 게재물 역할을 하게 되는 절연물의 유전율에 비례하고, 콘덴서 구조의 극간 거리에 해당하는 전로와 전로 간에 위치하고 있는 절연물의 두께에 반비례하는 값이 됩니다. 그 원리식은 다음과 같습니다. Q(충전 전하량)=C(커패시턴스)*V(콘덴서 양단의 전압) [C(커패시턴스)=ε(유전율)*A(충전판 면적)/d(극판 간격)] 이처럼 극판 콘덴서 구조가 형성된 절연 회로에 만약 교류전원을 사용하면 콘덴서 회로구조에 교류의 교번전류가 지속적으로 흐르게 되어서 절연저항 측정이 불가능해 지므로(절연저항 0을 지침) 직류전원을 사용하는 것입니다. 측정한 후에는 반드시 측정전로를 접지선과 전기적으로 접촉시켜서 측정 시 충전된 전하를 방전해 주어야 충전된 전하에 의한 감전이나 전기설비에 대한 악영향을 예방할 수 있습니다.

3. 누설전류(漏洩電流)?

누설 저항이라 함은 전기적으로 상호 절연이 된 구조에서 여러 가지 이유로 인해서 전류의 통전 통로가 형성되는 경우가 있는데, 그 통전 경로의 전기저항을 의미합니다. 예를 들자면 전선과 대지 간의 절연저항을 측정할 때 전선의 피복 중에 수분이나 불순물이 함유된 부분이 있어서 그 부분을 통해서 대지와 미미한 통전 경로를 형성할 때 그 통전 경로의 전기저항을 누설 저항이라고 합니다. 즉 전기적인 연결이 끊어져야 하는 구조에서 전기가 새지 말아야 할 부분에서 잘 못되어 새는 것이므로 누설(漏洩)이라고 표현하는 것입니다. 이 누설 경로를 통해서 흐르는 전류를 누설전류라고 합니다. 이 누설전류값으로 메거의 측정전압을 나누어 누설 경로의 절연저항 값을 측정하는 것입니다.(R=V/I)

4. 메거라는 이름

그리고 메기라고 부르는 이유는 다음과 같습니다. 1 [M OHM]=1백만 [OHM]으로 매우 큰 저항값을 의미합니다. 500 [V] 직류전압을 인가하는 메기로 절연저항을 측정했을 때 1 [M OHM]의 절연저항이 나왔다면 그 측정 회로에 흐르는 누설전류값은 약 "0.0005 [A]=0.5 [mA]"가 됩니다. "500(V)/(0.5mA)=1,000,000 [Ohm]=1 [M Ohm]" 인체 보호용 누전차단기의 정격 감도 전류가 약 30(mA)인 것을 생각하면 인체 보호용 누전차단기가 동작하지 않을 정도로 매우 작은 누설전류값입니다. 그래서 220 [v] 저압 선로의 절연저항 허용치가 약 0.2 [Mohm] 정도면 양호한 것으로 판정하는 것입니다. 즉 1메거옴의 절연저항은 매우 큰 저항값입니다. 매우 견고한 절연상태(전기적인 연결이 끊어져있는 상태)라는 것이지요! 정상적인 절연 회로의 경우에 절연저항 값은 매우 큰 저항값을 가지게 되므로 절연저항계는 1백만(MEGA) 단위의 저항 눈금을 가지도록 만든 계기입니다. 그래서 절연저항계를 "메거"라고 부르게 된 것입니다.

5. 저압 하이퍼 테스트

절연저항 측정은 저압 선로의 하이퍼 테스트라고 할 수 있습니다. "Hi-potential Test"는 고압의 도전 경로와 절연물 사이에 높은 전압의 직류를 인가하여 충전부에 충전과 쌍극자 변위가 완료되어 충전 전류와 변위 전류(變位電流)가 0이 된 이후의 규정시간당 누설전류를 측정하여 선로의 절연상태를 확인하는 방법입니다.(변위 전류는 고전압을 절연물에 인가했을 때 발생하는 원자 단위의 전자 궤도 변형에 소요되는 전류로 메거의 원리에는 크게 작용하지 않는 내용이니 관심이 있으신 분만 참조하시기 바랍니다.) 이 방법을 저압 선로에 적용하여 해당 저압 회로의 사용전압보다 약간 높은 직류전압으로 테스트하는 방법이라고 생각할 수 있습니다. 그렇지만 메거를 이용해서 고압/특고압 전로의 기본적인 절연을 측정하기도 합니다. 그리고 이러한 메거의 원리를 이해하면 메거를 계측제어회로에서 사용하지는 않아야 되겠지요. 메거를 계장설비나 약전 회로에 사용하면 회로 중 내전압이 약한 소자들이 소손되어 버립니다. 주의해야 할 일입니다.