목차(토양의 특성)
토양의 특성
1️⃣대지저항률이란?
대지저항률은 토양이 전류 흐름을 얼마나 잘 방해하는지를 나타내는 값으로, 단위는 Ω·m(옴 미터)를 사용합니다. 쉽게 말해, 대지저항률이 높을수록 토양이 전기를 잘 통하지 않는다는 의미입니다.
- 접지저항은 대지저항률에 따라 크게 좌우됨
- 대부분의 토양은 완전히 건조된 상태에서는 전기를 거의 통과하지 않는다. 그러나 사막의 모래를 제외하면 토양이 완전히 건조된 상태로 존재하는 것은 거의 없다
- 토양에 수분이 함유되면 저항률이 낮아져서 도체가 되는데 도체가 된다고 해서 금속과 같은 양도체가 되는 것이 아니라 불양도체가 된다
- 토양은 같은 종류라고 하더라도 수분 함량, 온도, 포함되어 있는 화학물질 등에 따라 고유저항이 크게 변화하기 때문에 어떤 종류의 토양의 고유저항이 얼마라고 정확하게 말하기는 곤란하다
2️⃣대지저항률에 영향을 주는 요인
☑️대지저항율(토수온계화해암)
1)토양의 특성
토양의 대지저항률은 진흙, 점토, 모래, 암반 순으로 높아진다
| 분류 | 진흙 | 점토 | 모래 | 암반 |
|---|---|---|---|---|
| 고유저항 [Ω·m] | 80~200 | 150~300 | 200~500 | 10,000~100,000 |
2)수분함유량
- 토양의 고유저항에 가장 큰 변화를 주는 요소는 수분 함량이다
- 모래에 섞인 토양의 수분함량에 따른 고유저항의 변화는 다음과 같다
| 수분함량 [%] | 2 | 6 | 10 | 16 | 20 | 24 | 28 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 고유저항 [Ω·m] | 1,800 | 380 | 220 | 130 | 90 | 70 | 60 |
3)온도
- 모든 물질의 저항률은 온도에 따라 변화한다. 일반적으로 온도 상승에 따라 저항이 커지는데, 온도가 상승하면 저항이 작아지는 부저항 특성을 가진 물질도 있다.
- 온도의 변화에 따라 물질의 저항이 얼마나 크게 또는 작게 변화되는가를 나타내는것이 물질의 온도계수이다.
- 수분을 15%함유한 점토의 온도에 따른 대지저항률의 변화
| 온도[℃] | 20 | 10 | 0 | -5 |
|---|---|---|---|---|
| 대지저항률 [Ω·m] | 72 | 99 | 130 | 790 |
| 비율 | 1.0 | 1.4 | 1.8 | 11.0 |
4)계절에 따른 변화
- 접지저항은 계절에 따라 크게 변동하는데, 이 변화는 토양의 함수량과 온도의 변화가 상호작용하여 발생한다.
- 접지봉의 접지저항의 연간 변화 그래프
5)화학물질
- 토양속에 수분과 함께 전해질의 화학물직이 포함되어 있으면 저항률이 크게 감소하는데 이런 특성을 이용한 것이 접지저항의 화학적인 저감제이다
- 물질이 전해된다고 하는 것은 분자가 +이온과 -이온으로 분리되는 것을 말한다. 예를들어 NaCl(염화나트륨)이 Na+이온과 Cl-이온으로 분리되는 것을 전해되었다고 한다.
6)해수의 영향
- 바닷물의 고유저항은 전해질인 소금(염화나트륨 : NaCl)이 있기 때문에 토양에 비해 매우 작으며 포함되어 있는 염분의 양에 따라 크게 변화한다.
- 바닷물의 고유저항은 0.1~0.5[ΩCu]으로 작기 때문에 해변가에서 해수 침투되어 있는 지역의 대지저항률은 매우 낮아지게 된다
7)암석의 영향
- 암석 자체는 거의 절연물에 가까우나 대부분의 경우 많은 미세한 틈과 구멍을 가지고 있기 때문에 그 속에 수분을 포함해서 약간의 도전성을 가진다
- 암석에 흑연(C), 동(Cu), 철광석(Fe) 등과 같은 도전성 광물이 포함된 경우에는 저항률이 크게 감소된다
3️⃣대지저항률의 분류
| 분류 | 대지저항률의 범위 | 해당지역 |
|---|---|---|
| 저저항률 지역 | ρ < 100 | 연안의 저지대 |
| 중저항률 지역 | 100 ≤ ρ < 1,000 | 내륙의 평야지대 |
| 고저항률 지역 | 1,000 ≤ ρ | 산악,고원, 암반지대 |
4️⃣대지저항률의 적용, 특성, 측정방법
| 적용 | 특성 | 측정방법 |
|---|---|---|
| 접지공사 통신선의 유도장해 예측 계산 전자파의 전파 예측 계산 | 접지저항의 결정 전위분포 특성 결정 | 위너 4전극법 전기탐사법 보링법등 |
5️⃣대지저항률의 일반사항
1)고유저항
고유저항이란 물질이 가지고 있는 고유한 저항특성을 의미하며, 1[㎥]의 저항 크기를 고유저항이라 한다
2)반구상의 접지극의 접지저항
\[dR=\rho\frac{l}{A}=\rho\frac{dx}{2\pi x^2}\]
\[R=\frac{\rho}{2\pi}\int^∞_r x^{-2}dx=\frac{\rho}{2\pi r}[\Omega]\]
대지저항률 ρ=2πrR[Ω m] 가 된다.
목차(토양의 특성)
토양의 특성
💯기출문제
●N01접지설계 시 대지파라미터 추정을 위한 대지구조 해석방법에 대하여 설명하시오
접지 설계는 전기 시스템의 안전성을 확보하는 데 필수적인 요소입니다. 효과적인 접지 설계를 위해서는 정확한 대지 파라미터(대지저항률, 유전율 등) 추정이 필수적입니다. 이를 위해 다양한 대지구조 해석 방법이 활용됩니다.
대지구조 해석의 중요성
- 정확한 접지 저항 계산: 대지 파라미터를 정확히 추정해야 접지 저항을 정확하게 계산할 수 있습니다.
- 접지 시스템 설계 최적화: 접지 시스템의 효율성을 높이고 비용을 절감하기 위해 최적의 설계를 할 수 있습니다.
- 안전성 확보: 접지 시스템의 성능을 예측하고, 안전 기준을 만족하는 설계를 수행할 수 있습니다.
대지구조 해석 방법
1. 전기비저항 탐사 (Electrical Resistivity Tomography, ERT)
- 원리: 지하에 전류를 흘려보내고 발생하는 전위 차를 측정하여 지하의 전기 저항률 분포를 영상화하는 방법입니다.
- 장점: 고해상도의 2차원 또는 3차원 이미지를 얻을 수 있어 지하 구조를 상세하게 파악할 수 있습니다.
- 단점: 측정 시간이 오래 걸리고, 측정 환경에 따라 정확도가 달라질 수 있습니다.
2. 자연전위법 (Self-Potential Method)
- 원리: 지하의 자연적인 전위 차를 측정하여 지하 구조를 파악하는 방법입니다.
- 장점: 추가적인 전원 공급이 필요 없고, 광범위한 지역을 조사할 수 있습니다.
- 단점: 신호가 약하고, 다른 요인에 의해 영향을 받기 쉽습니다.
3. 유도분극법 (Induced Polarization Method)
- 원리: 지하에 전류를 흘려보내고 전류를 차단한 후 발생하는 전위 감쇠를 측정하여 지하의 암석이나 광물의 특성을 파악하는 방법입니다.
- 장점: 지하의 수분 함량, 공극률 등을 추정할 수 있습니다.
- 단점: 측정 장비가 고가이고, 전문적인 해석이 필요합니다.
4. 수치 모델링 (Numerical Modeling)
- 원리: 측정된 지하 구조 데이터를 기반으로 수치 모델을 구축하고, 유한요소법 등을 이용하여 전기장 분포를 계산하는 방법입니다.
- 장점: 다양한 조건에서의 접지 시스템 성능을 예측할 수 있습니다.
- 단점: 정확한 모델 구축을 위해서는 충분한 측정 데이터가 필요합니다.
대지구조 해석 결과 활용
- 접지 저항 계산: 수치 모델링을 통해 접지 저항을 정확하게 계산할 수 있습니다.
- 접지 전극 설계: 접지 전극의 종류, 크기, 배치 등을 최적화할 수 있습니다.
- 접지 시스템 성능 평가: 설계된 접지 시스템의 성능을 사전에 예측하고 문제점을 보완할 수 있습니다.
●N02접지설계 시 대지저항률에 영향을 주는 요인에 대하여 설명하시오
☑️대지저항률(토수온계화해암)
○N03접지설계 시 고려하는 대지저항률의 개념 및 대지저항률에 영향을 주는 요인을 설명하시오
☑️대지저항률(토수온계화해암)
대지저항률이란?
대지저항률은 토양이 전류 흐름을 얼마나 잘 방해하는지를 나타내는 값으로, 단위는 Ω·m(옴 미터)를 사용합니다. 쉽게 말해, 대지저항률이 높을수록 토양이 전기를 잘 통하지 않는다는 의미입니다.
●N04대지저항률에 영향을 미치는 요인
☑️대지저항률(토수온계화해암)
목차(토양의 특성)
토양의 특성
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