도심지 대형 건축물의 구조체 접지설계 시 검토사항


최근의 건축물의 고층화, 도심지 집중에 다른 접지공사 면적 확보의 어려움이 점점 증가하고 있다
이러한 건축물에서는 접지저항 확보가 어려우므로 건물 구조체 접지에 대한 적용이 법제화되었고 앞으로 많은 연구가 진행될 거라고 생각한다.

접지 형태(접지전극)의 분류

1)인공접지

  • 봉형 접지전극의 병렬 배치
  • 망상 접지전극 등 다른 종류의 접지전극을 조합하여 사용

2)자연접지

  • 건출물 구조체 및 금속제 수도관 등을 이용하여 대지에 매설된 도전성 물체를 접지전극으로 대용한 것

건축물 구조체 접지방식

1)정의

  • 별도의 접지전극을 설치하지 않고 건출물 구조체의 일부인 철골, 철근을 접지전극으로 이용하는 설비이다

2)조건

  • 구조체는 반드시 도전성일 것
  • 요구되는 접지저항값 이하일 것

3)종류

기초말뚝이 대지에 매입된경우, 기초말뚝이 콘크리트에 매입된경우
  • 철골, 도전성 기초 말뚝이 대지에 매입된 경우
  • 철골, 철근이 콘크리트에 매입된 경우

4)콘크리트 전기저항률 영향인자.

  • 시멘트, 모래 자갈의 배합니
  • 흡수율
  • 수질
  • 주위환경
  • 온도, 습도, 계절적 변동

5)건축물 구조체 전기적 특성

  • 낙뢰가 건축물의 구조체에 입사한 경우 : 뇌격전류는 구조체를 통하여 대지로 흐른다
  • 구조체의 접지저항이 작으면 전위 상승도 낮아져 전위 상승의 파급이 없다
  • 구조체 접지는 인공 접지에 비해 접지저항값이 대단히 낮다
  • 대지와의 접촉면적이 넓으므로 접지 임피던스도 낮은 고주파 영역에서도 양호한 전기적 특성을 가진다
  • 도심지나 산간지역의 면적이 제한되어 있는 장소에서는 구조체 접지전극 활용이 바람직하다

6)건축물 구조체 접지저항 계산방법

  • 등가표면적 치환법
\[R=\frac{\rho}{2\pi r}=\frac{\rho}{\sqrt{2\pi A}}[\Omega]\]
  • 등가 체적 치환법
    건축물의 지하구조를 반구형 접지극으로 간주하여 구하는 방식
    반구의 체적은
\[V=\frac{2}{3}\pi r^3[m^3]\] \[r=\sqrt[3]\frac{3V}{2\pi}=0.7816\times\sqrt[3]V[m]\]
\[R=\frac{\rho}{2\pi r}=\frac{\rho}{2\pi\times 0.7816\times\sqrt[3]V}\]\[=0.2\times\frac{\rho}{\sqrt[3]V}[\Omega]\] \[V=(0.2\times\frac{\rho}{R})^3[㎥]\]
  • 형상계수법
    건축물의 지하구조의 형상계수를 이용하는 방법
    건축물 지하구조의 저항은
\[R=\frac{K\times\rho}{L}[\Omega]\]

L:지하구조의 가로, 세로, 깊이 중 가장 긴 변[m]
K:형상계수로서 깊이와 세로 비,
가로와 세로 비 등에 따라 결정되는 값
(0.15~0.45정도의 값)

  • 결론
    • 콘크리트에 매입된 기초접지극을 통한 접지저항 계산 시 간편한 계산법인 등가체적법을 주로 사용
    • 등가치환법에 의한 접지저항의 계산이 다른 계산방법에 비하여 다소 낮게 계산되므로 이를 고려해야 한다

건축물 구조체 문제점

  • 대규모 구조체의 접지저항 측정이 곤란
  • 도심지에서 접지저항 실측이 불가능
  • 기초공사 전 접지공사로 공사 완료 후 저항값 측정 곤란
  • 대규모 접지저항 측정은 전위강하법 채용
  • 저항값이 작아 외부 영향을 받기 쉬우며 오차 발생 확률이 높다
  • 이론적 추정값과 접지저항 추정값이 상당한 차이 발생

접지방식의 결정(형태에따른)

단독접지의 공용접지
도심지 대형 건축물의 구조체 접지설계 시 검토사항
통합 공통접지방식
등전위 본딩
접지선 접지봉
서지 침입시 접지극의 과도현상과 대책


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