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.
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
\[R=\frac{\rho}{2\pi l} \ln \frac{2l}{a}\]
\[ \rho=\frac{2\pi lR}{\ln\frac{2l}{a}}\]
목차(토양의 특성)
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
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토양의 특성
🌐V0115A253
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