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문제 정의
- 따라서 본 논문에서는 뇌보호설비 구성에 상응하는 심매설 봉상 접지전극과 그리드 접지전극에 인하도선을 .설치하고 임펄스전류를 인가한 경우 접지전극에 나타나는 전위 상승과 실효임 펄스접지 임피 던스의 특성을 측정하고 분석하였다.
제안 방법
- 과도접지임피던스는 실험 용 접지전극의 전위를인가전류로 나누어 산출하였다. 접지전극의 형상별인하도선의 길이에 따른 과도접지임피던스 파형 (Z—t 곡선)을 그림 3에 나타내었다.
- 오차가 크므로 적절하지 않다. 따라서 본 논문에서는 IEEE 81.2-1991 에서 권고하고 있는 그림 1과같이 전류보조전극을 전위보조극과 90[°] 각도를 이루게 배치하는 수정된 전위강하법을 적용하였다{6]. 봉상 접지전극의 경우 보링공법을 이용하여 9[m] 봉상 접지전극을 지표면으로부터 30[m]의 깊이에 수직으로 설치하고, 100[祝 나동선 2가닥으로 인출하였다 또한 그리드 접지전극의 경우 20x20[m], 52x37[m] 크기의 100[mirf] 나동선으로 구성된 주 그리드를 지표면으로부터 0.
- 측정대상 접지전극(E)으로부터 전위보조전극(P)과전류보조전극(C)은 각각 60[m] 떨어진 지점에 설치하였으며, 전류보조전극은 낮은 접지저항을 얻기 위해 l[m] 봉상 접지 전극 8개를 병 렬로 연결하였다. 또한 임펄스전류를 인가시키는 전류보조선으로 38M GV전선을 사용하였고, 인하도선의 영향을 평가하기위하여 50[m], 30[m] 길이의 38W GV전선을 인하도선으로 설치하였다.
- 봉상 접지전극과 그리드 접지전극 등 다양한 형태의 접지전극에서 임펄스 전류의 상승시간과 인하도선의 길이에 따라 나타나는 전위상승과 실효임펄스접지임피던스의 특성을 실험적으로 분석하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 2-1991 에서 권고하고 있는 그림 1과같이 전류보조전극을 전위보조극과 90[°] 각도를 이루게 배치하는 수정된 전위강하법을 적용하였다{6]. 봉상 접지전극의 경우 보링공법을 이용하여 9[m] 봉상 접지전극을 지표면으로부터 30[m]의 깊이에 수직으로 설치하고, 100[祝 나동선 2가닥으로 인출하였다 또한 그리드 접지전극의 경우 20x20[m], 52x37[m] 크기의 100[mirf] 나동선으로 구성된 주 그리드를 지표면으로부터 0.75[m] 깊이에 매설하였다. 측정대상 접지전극(E)으로부터 전위보조전극(P)과전류보조전극(C)은 각각 60[m] 떨어진 지점에 설치하였으며, 전류보조전극은 낮은 접지저항을 얻기 위해 l[m] 봉상 접지 전극 8개를 병 렬로 연결하였다.
- .설치하고 임펄스전류를 인가한 경우 접지전극에 나타나는 전위 상승과 실효임 펄스접지 임피 던스의 특성을 측정하고 분석하였다. 인가된 임펄스전류의 상승시간 변동에 따라 나타나는 전위상승과 접지임피던스의 결과를 실험적으로 검토하고, 그리드 접지전극과 심매설 봉상 접지전극이 병렬로 접속된 경우 임펄스전류에 의한 인하도선이 과도접지임피던스에 미치는 영향을 검토하였다.
- 5[GS/s] 분해능의 오실로스코프로 관측하였다 . 오실로스코프의 연산기능을 이용하여 접지전극의 전위 파형을 인가전류의 파형으로 나누어 임펄스임피던스 파형을 산출하였다.
- 설치하고 임펄스전류를 인가한 경우 접지전극에 나타나는 전위 상승과 실효임 펄스접지 임피 던스의 특성을 측정하고 분석하였다. 인가된 임펄스전류의 상승시간 변동에 따라 나타나는 전위상승과 접지임피던스의 결과를 실험적으로 검토하고, 그리드 접지전극과 심매설 봉상 접지전극이 병렬로 접속된 경우 임펄스전류에 의한 인하도선이 과도접지임피던스에 미치는 영향을 검토하였다.
대상 데이터
- 길이 30[m]인 심매설 봉상 접지전극, 20x20[m], 52x37[m] 그리드 접지전극, 봉상 접지전극과 20x 20[m] 그리드 접지전극이 병렬로 연결된 경우의 정상상태 접지저항은 각각 3.8, 1.6, 0.57, 1.3[Q]이다. 정상상태 접지저항은 길이 30[m]인 심매설 봉상 접지전극이 가장 크게 나타났고, 30[m] 심매설 봉상 접지전극과 20x20[m] 그리드 접지전극을 병렬로 연결한 경우, 52x37[m] 그리드 접지전극 순으로 낮게 나타났다.
- 임펄스 전압 . 전류 발생장치를 사용하였다. 충전용 커패시터의 정전용량과 최대 충전전압은 각각 30血日과 10[助이다.
- 75[m] 깊이에 매설하였다. 측정대상 접지전극(E)으로부터 전위보조전극(P)과전류보조전극(C)은 각각 60[m] 떨어진 지점에 설치하였으며, 전류보조전극은 낮은 접지저항을 얻기 위해 l[m] 봉상 접지 전극 8개를 병 렬로 연결하였다. 또한 임펄스전류를 인가시키는 전류보조선으로 38M GV전선을 사용하였고, 인하도선의 영향을 평가하기위하여 50[m], 30[m] 길이의 38W GV전선을 인하도선으로 설치하였다.
성능/효과
- 일반적으로 과도접지임피던스는 접지전극의 형상과 크기, 접지도체의 인덕턴스, 대지저항률, 인가전류의 파형, 인하도선의 길이 등 여러 가지 요인의 복합적 효과에 의존한다. 과도접지임피던스는 인가된 임펄스전류 피크값까지는 지수 함수적으로 감소하였다. 임펄스전류 피크값에서의 접지임피던스는 쓰 =0이므로 접지저항과 거의 같았으며, 인덕턴스의 영향이 없는것으로 볼 수 있다.
- 영향이 지배적으로 나타났다. 또한 여러 가지 접지전극의 형상과 낮은 접지저항에도 불구하고 인하도선의 길이가 길어짐으로 인해 인하도선의 인덕턴스 영향으로 대부분의 시험용 접지전극은 빠른 상승시간에서 과도접지임피던스가 크게 나타났다. 따라서 낮은접지저항값을 가지더라도 인하도선을 설치할 때 인하도선 자체의 인덕턴스 영향을 고려한 접지설계가 이루어져야 뇌 임펄스전류와 같은 서지전류에 대한 낮은 과도접지임피던스 특성을 얻을 수 있을 것이다.
- 빠른 상승시간에서 실효임펄스접지 임피던스는 주로 그리드 접지전극의 낮은 접지저항과 상대적으로 인덕턴스 성분의 영향이 지배적으로 작용한 결과이며, 느린 상승시간에서는 심매설 봉상 접지전극의 높은 접지저항값의 영향이 지배적으로 나타났다. 실효임펄스접지 임피던스는 인하도선의 길이가 길수록 큰 값으로 나타났고, 상승시간의 증가와 함께 감소하는 것으로 나타났다.
- 실효임펄스접지 임피던스는 인하도선의 길이가 길수록 큰 값으로 나타났고, 상승시간의 증가와 함께 감소하는 것으로 나타났다. 그림 5의 (a), (b), (c), (d)의경우가 모두 비슷한 기울기의 값으로 수렴하는 것은 인하도선의 길이에 크게 영향을 받음을 알 수 있다.
- 다르게 나타났다. 인하도선의 길이가 길어질수록 인하도선의 인덕턴스가 증가하며, 접지전극에 유도된 전위 파형의 상승시 간은 인덕턴스에 의 한 유도전압 즉, 인가전류의 시도함수에 비 례하므로 인가전류의 상승시간보다 짧게 나타났다.
- 특히 전위 파형은 시험용 접지전극의 접지저항과 인덕턴스에 강하게 의존한다. 인하도선이 0[m]인 접지전극 자체인 경우에 비해 인하도선의 길이가 50[m]인 경우 전위 파형은 접지저항 성분에 의한 영향은 거의 나타나지 않고 대부분 인하도선에 의한 인덕턴스 영향이 지배적인 것으로 나타났다 또한 인하도선이 0[m]인 지점에서 30[m]인 심매설 봉상 접지전극의 전위파형은 다른 시험용 접지전극에 비해 높은 접지저항에 의한 영향이 크게 나타났으며, 20x20[m]와 52x37[m] 그리드 접지전극의 경우 전위 파형에 영향을 미친 요인은 대부분 접지전극 자체의 인덕턴스 성분이 지배적인 것으로 나타났다
- 3[Q]이다. 정상상태 접지저항은 길이 30[m]인 심매설 봉상 접지전극이 가장 크게 나타났고, 30[m] 심매설 봉상 접지전극과 20x20[m] 그리드 접지전극을 병렬로 연결한 경우, 52x37[m] 그리드 접지전극 순으로 낮게 나타났다. 50[m] 길이의 인하도선이 설치된 접지전극에 인가한 임펄스 전류와 전위상승의 전형적인 파형의 예를 그림 2에 나타내었다.
후속연구
- 특히 실효임펄스접지임피던스는 인하도선의 길이에 크게 의존한다. 따라서 건축물의 뇌보호용 접지시스템을 설계할 때 인하도선의 길이를 최소화하고 부득이 건축물의 높이가 높을 경우 인하도선의 인덕턴스를 줄이는 방법을 적용하는 설계기법을 심도있게 검토해야 할 것이다.
- 또한 여러 가지 접지전극의 형상과 낮은 접지저항에도 불구하고 인하도선의 길이가 길어짐으로 인해 인하도선의 인덕턴스 영향으로 대부분의 시험용 접지전극은 빠른 상승시간에서 과도접지임피던스가 크게 나타났다. 따라서 낮은접지저항값을 가지더라도 인하도선을 설치할 때 인하도선 자체의 인덕턴스 영향을 고려한 접지설계가 이루어져야 뇌 임펄스전류와 같은 서지전류에 대한 낮은 과도접지임피던스 특성을 얻을 수 있을 것이다.
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