[논문]접지도체 굵기 산정에 관한 수식제어 모델링

송영주; 최홍규

doi:10.5207/jieie.2006.20.4.107

[국내논문] 접지도체 굵기 산정에 관한 수식제어 모델링
The Numerical Formula Control Modeling Regarding on the Grounding Conductor Size Selecting 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.20 no.4, 2006년, pp.107 - 116

송영주 ((주)대현 이엔씨) , 최홍규 (홍익대학교 전자.전기공학과)

초록
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접지도체의 굵기를 결정하는 국외 규격은 재료의 특성값인 물리적 정수까지 적용하여 광범위하게 적용할 수 있는 반면 수식이 복잡한 문제점이 있고 JIS와 국내규격은 수식은 간단하나 제약조건이 많은 문제점이 있다. 또한 접지도체의 접속방법에 따라 최대허용온도가 다르게 적용되므로 접지도체 굵기 산정 방식이 복잡하고 적용 방법이 상이하여 시공현장에서 엔지니어들이 적용하는데 많은 어려움이 있다. 따라서 본 논문에서는 수식제어 모델링을 이용한 새로운 접지도체 굵기 산정방식과 접속방법에 따른 접지도체 굵기 산정 간이식을 제시하고 타당성을 입증, 분석하였으며 사례연구를 통해 논문의 신뢰성을 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The international standard to determine grounding conductor size can be applied for a wide range of items because it includes the specific physical characteristics, but it has a problem where the numerical formula is complicated. However the JIS and domestic standard numerical formula are simple but have many constraints. The new grounding conductor size selecting method is necessary in order to solve such problems. Therefore, in this study, we suggested an improved method for selecting the grounding conductor size and simple numerical formula with a numerical formula control modeling. and we verified reliability of paper used case study.

Keyword

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문제 정의

굵기 간이식의 타당성을 입증 . 분석하며 사례연구를 통해 검증하여 국제화 추세에 부응하고 건설 현장에서 엔지니어들이 쉽게 적용할 수 있는 새로운 접지 도체 굵기 산출방식을 연구하는데 목적이 있다.
본 논문에서는 안전하고 경제적이며 효율적인 최적의 접지시스템을 구축하기 위해 접지도체 굵기 산정 방법에 대한 국 . 내외 규정을 비교 .

제안 방법

또한, 압축접속방식, 경납땜 방식, 발열용접방식과 같은 접속방식에 따른 접지도 체 굵기 간이식을 제시하고 타당성을 입증 . 분석하였으며 사례연구를 통해 논문의 신뢰성을 검증 하였다. 본 논문의 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
도체 재료를 연동선으로 사용하고 최대 허용온도를 250[℃], 주위온도를 30[笆]로 할 때 ANSVIEEE 규격을 사용하여 고장전류 크기별, 고장지속 시간별 접지 도체 굵기를 계산한 결과는 표 2와 같다.
본 논문에서는 표 2에 사용된 접지도체에 흐르는 고장 전류 크기 /를 %로 접지도체 굵기 A를 y로 대치하여 각 고장지속시간에 대한 수식을 유도하였다. 유도된 수식은 수식 (6)과 같다.
접지도체의 굵기와 접지도체에 흐르는 전류 그리고 고장지속시간과의 상관관계는 각 구간별 기울기를 비교하여 수식화 하였다.
최소자승법과 각 구간별 기울기를 이용하여 사용 도체 재질에 따른 비 례상수 K를 구한다. 구해진 비 례상수 K값은 표 6과 같다.
어려움이 있다. 그러므로 본 절에서는 접속방식 중 시공현장에서 많이 사용되고 있고 최대허용온도가 각각 350[℃], 450[℃], 850TC] 인 압축접속방식, 경납땜방식, 발열용접방식에 대한 접지도체 굵기 간이식을 제안한다.
사례연구는 IEEE Std 80-2000 Annex B의 예제 1 인 접지봉이 없는 등간격 접지 Gid의 Mesh 접지전극을 대상으로 ANSI/IEEE, JIS, 제안식의 정식과 본 논문에서 제안한 접속방식에 따른 접지도체 굵기 간이 식을 비교 검토하였다. 접지도체 굵기 계산에 필요한 기초적인 제원은 표 16과 같다.
내외 규정을 비교 . 검토하여 새로운 접지도체 굵기 산정 방법을 제시하고 타당성을 입증 . 분석하였다.
외 접지도체 굵기 계산식에 대한 비교 . 검토를 하고 최소자승법과 각 구간별 기울기, 도체 전류 분류율을 이용하여 새로운 접지도체 굵기 산정 방법인 수식 (8)을 제시하였다.
분석하였고 사례연구를 통해 검증 하였다.
접지도체의 굵기와 접지도체에 흐르는 전류, 고장 지속시간과 최대허용온도 주위 온도와의 상관관계는 Curve fitting를 이용하여 수식화 하였다. Curve htting에 사용된 모델에는 Hanis 모델, Hoeri 모델 Vapor pressure 모델 Weibull 모델 Power fit 모델 Rational function 모델 Polynomial fit 모델, Quadratic fit 모델 Exponential fit 모델 등이 있으나 본 논문에서는 최대 허용온도 250[℃]> 기준으로 하여 120TC]에서 900[℃]까지 온도를 변화 시킬 때 상관계수가 0.

이론/모형

접지도체 굵기와 접지도체에 흐르는 전류와의 상관관계는 최소자승법을 이용하여 수식화 하였다. 최소자승법은 n개의 데이터 점을 지나는 최적의 직선은 편차의 제곱의 합이 최소가 될 때 최적이 되는 이론을 적용한 것으로 목적함수와 제약조건을 나타내면 수식 ⑸와 같다.
Curve htting에 사용된 모델에는 Hanis 모델, Hoeri 모델 Vapor pressure 모델 Weibull 모델 Power fit 모델 Rational function 모델 Polynomial fit 모델, Quadratic fit 모델 Exponential fit 모델 등이 있으나 본 논문에서는 최대 허용온도 250[℃]> 기준으로 하여 120TC]에서 900[℃]까지 온도를 변화 시킬 때 상관계수가 0.99992275이고 표준오차가 0.00388[%]로 제일 적은 Harris 모델 l/(a +我°)를 사용하였다.

성능/효과

따라서 본 논문에서는 먼저, 국내외 접지도체 굵기 산정방법을 비교 검토하여 새로운 굵기 제안 식을 모델링 하였고 모델링한 수식과 기존수식을 비교 검토한 다음 접속방법에 따른 접지도체 굵기 산정 간이식을 제시하고 비교하여 접속방법에 따른 접지 도체 굵기 간이식의 타당성을 입증 . 분석하며 사례연구를 통해 검증하여 국제화 추세에 부응하고 건설 현장에서 엔지니어들이 쉽게 적용할 수 있는 새로운 접지 도체 굵기 산출방식을 연구하는데 목적이 있다.
ANSVIEEE, JIS, 제안식의 정식과 접속방식에 따른 접지도체 굵기 간이식을 고장지속시간변화에 따라, 고장전류크기변화에 따라 비교하여 접속방식에 따른 접지도체 굵기 간이식의 타당성을 입증 . 분석하였다.
표 17과 그림 10에서 보는 바와 같이 접속방식에 따라 최대허용온도가 변화하여도 ANSI/IEEE 정식과 본 논문에서 제안한 정식, 간이식의 접지도체 굵기가 거의 일치하며 최대허용온도를 150[℃]로 제한하고 있는 JIS 정식은 최대허용온도가 커짐에 따라 오차도 커지는 것을 알 수 있다. 또한 최대허용온도가 낮은 접속방식 일수록 상대적으로 높은 접속방식에 비해 더 굵은 접지도체를 사용해야 하는 것을 알 수 있다.
커지는 것을 알 수 있다. 또한 최대허용온도가 낮은 접속방식 일수록 상대적으로 높은 접속방식에 비해 더 굵은 접지도체를 사용해야 하는 것을 알 수 있다.
9[顽]의 오차가 발생한다. 상기의 결과에 따라서 접지도체 굵기에 대해 본 논문에서 제안한 정식과 간이식이 ANSI/IEEE 정식과 거의 일치하며 JIS 정식에 비해 정확한 것을 확인할 수 있다.
분석하였다. 또한, 압축접속방식, 경납땜 방식, 발열용접방식과 같은 접속방식에 따른 접지도 체 굵기 간이식을 제시하고 타당성을 입증 . 분석하였으며 사례연구를 통해 논문의 신뢰성을 검증 하였다.

참고문헌 (14)

ANSI/IEEE Std. 80-1986, 'IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding', Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., New York, 1986
ANSI/IEEE Std. 80-2000, 'IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding', Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., New York, 2000
ANSI/IEEE Std. 81-1983, 'IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and Earth Surface Potentials of a Ground System', Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., New York, 1983
ANSI/IEEE Std. 142-1991, 'IEEE Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems', Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., New York, 1991
ANSI/IEEE Std. 367-1996, 'IEEE Recommended Practice for Determining the Electric Power Station Ground Potential Rise and Induced Voltage From a Power Fault', Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., New York, 1996
송영주 '접지도체의 굵기 및 간격배치에 따른 새로운 접지설비 모델', 홍익대, 2002
高橋建彦외, '接地設計入門', 東逸出版社, 1993
최홍규외, '전력사용시설물 설비 및 설계', 성안당, 2001
최홍규외, '접지설비 및 설계', 성안당, 2004
이복희외, '접지의 핵심 기초 기술', 의제, 1999
高橋建彦, '그림해설 접지시스템입문', 성안당, 2003
최세하, '알기쉬운 접지 실무기술', 진한도서, 1999
'내선규정', 대한전기협회, 2000
'전기설비기술기준', 산업자원부, 2001

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