대지저항(토양의 특성)

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접지 설계

접지
IEEE std 80 접지설계 개념
IEC 접비설계

토양특성 검토
KEC140

목차(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

분류진흙점토모래암반
고유저항
[Ω·m]
80~200150~300200~50010,000~100,000

2)수분함유량

  • 토양의 고유저항에 가장 큰 변화를 주는 요소는 수분 함량이다
  • 모래에 섞인 토양의 수분함량에 따른 고유저항의 변화는 다음과 같다
수분함량
[%]
261016202428
고유저항
[Ω·m]
1,800380220130907060

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[℃]20100-5
대지저항률
[Ω·m]
7299130790
비율1.01.41.811.0

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

분류대지저항률의 범위해당지역
저저항률 지역ρ < 100연안의 저지대
중저항률 지역100 ≤ ρ < 1,000내륙의 평야지대
고저항률 지역1,000 ≤ ρ산악,고원, 암반지대

4️⃣대지저항률의 적용, 특성, 측정방법

적용특성측정방법
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.

대지저항 측정법

❓접지란

  • 어떠한 전기적인 대상물을 대지에 낮은 저항으로 연결하는 것으로 이상전류 발생시 대지로 방류시켜 인축 및 설비에 악영향을 방지하기 위한 설비
  • 접지설계는 토양특성을 검토하고 최대 고장전류를 결정하여 소요접지 저항치를 결정, 접지방식을 선택 한 다음 전위경도를 검토하고 인근 설비와의 영향을 검토 및 대책을 세워 나가는 일련의 과정을 통하여 접지를 설계
  • 대지저항 특정법에는 2전극법, 4전극법, 간이 측정법 등을 사용하는데 4전극법이 정확도가 우수하고 간편하여 많이 사용

1️⃣대지저항측정법

1)2전극법

  • 측정방법
    • 균일한 토질이 아닌 토양의 대지저항률을 현장에서 개략적으로 측정하는 방법
    • 축전지의 정극성(+) 단자는 미소전류계를 경유하여 하나의 전극에 접속하며 부극성(-)단자는 다른 전극에 접속하여 측정
  • 특징
    • 짧은 시간에 대지저항을 계측할 수 있다
    • 정확성이 낮고 토양의 국부적인 위치의 대지저항률만을 측정하는 단점

2)위너 4전극법

  • 4개의 전극(C₁, P₁, P₂, C₂) 을 일전한 등간격(a)으로 설치하여 C₁, C₂에 전류를 흘리고, P₁, P₂의 전압을 측정하여 R값을 측정
  • ρ=2πaR, R=2πa(V/I)에 수식을 대비하여 토양의 고유저항을 측정

3)간이 측정법

  • 접지저항이 접지전극 주변의 대지저항률에 비례하는 관계를 이용한 것
  • 길이와 반경을 알고 있는 봉형 접지전극을 설치하고 이 접지전극의 접지저항을 측정하여 대지저항률을 이론적으로 산출하는 방법
  • 봉형 전지전극의 접지저항을 측정하면 그 값으로부터 대지저항률을 역으로 산출
\[R=\frac{\rho}{2\pi l} \ln \frac{2l}{a}\] \[ \rho=\frac{2\pi lR}{\ln\frac{2l}{a}}\]

접지 설계

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IEEE std 80 접지설계 개념
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토양특성 검토
KEC140

목차(토양의 특성)

💯기출문제

●N02접지설계 시 대지저항률에 영향을 주는 요인에 대하여 설명하시오

☑️대지저항율(토수온계화해암)
  • 토양의 특성
  • 수분함유량
  • 온도
  • 계절예 따른 변화
  • 화학물질
  • 해수의 영향
  • 암석의 영향

○N03접지설계 시 고려하는 대지저항률의 개념 및 대지저항률에 영향을 주는 요인을 설명하시오

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.

☑️대지저항율(토수온계화해암)
  • 토양의 특성
  • 수분함유량
  • 온도
  • 계절예 따른 변화
  • 화학물질
  • 해수의 영향
  • 암석의 영향

●N04대지저항률에 영향을 미치는 요인

☑️대지저항율(토수온계화해암)
  • 토양의 특성
  • 수분함유량
  • 온도
  • 계절예 따른 변화
  • 화학물질
  • 해수의 영향
  • 암석의 영향

○N01대지저항률의 측정방법을 설명하시오

2전극법, 위너의4전극법

○N02위너의 4전극법에 의한 대지저항률의 측정법

●N03대지저항률 측정에 사용되는 전위강하법 기반인 3전극법과 위너의 4전극법을 비교 설명하시오

○N05 접지저항 측정 시, 전위 강하법에 의한 측정방법과 측정 시 유의사항에 대하여 설명하시오

접지 설계

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목차(토양의 특성)

🌐V0115A253


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