[논문]저압 지중함에서 감전사고 방지를 위한 대책연구

김종민; 한운기; 방선배; 김한상

문제 정의

도심에 설치되어 있는 저압 지중함이 침수되었을 경우 지중접속함의 함 내에는 발생될 수 있는 누전사고시 대지전위 분포가 지중함 내의 조건에 따라 어떻게 변화하는가에 대해 고찰하였다
case 2에서는 case 1과 동일한 환경하에서 저압 지중함의 뚜껑을 FRP로 교체하여 실험을 실시하였다. 또한 이번 실험에서는 저압 지중함의 접지단자의 접지 저항값을 4.3(a], 43[Q]의 두 가지 경우에 대해 동일한 실험을 실시하여 접지저항값에 따른 전위경 도의 차이를 보고자 하였다. 대지전위 측정을 위해 총 15 개의 전극을 설치하였으며 저압 지중함의 내의 누전위치의 FRP뚜껑위 직상방에 전극을 위치하게 두고 나머지 전극은 일정한 간격으로 설치하였다.

가설 설정

저압 지중함에서의 감전사고 이후에 철재 재질의 뚜껑이 설치되어 있는 곳에는 지중함내 케이블 접속부를 절연고무판으로 덮어두고 있어 이에 대한 실증실험이 필요하게 되었 다 저압 지중함내에 보호대책으로 고무판을 사용한 경우의 함 내를 접지선이 나전선으로 설치되어 있는 경우와 접지선이 없는 경우를 가정하여 실증실험을 실시하였다. 누전 점의 위치는 철판뚜껑에서 직하방으로 깊이 20[cm]에두고 실험을 실시하였다.

제안 방법

대한 실증실험이 필요하게 되었다. case 2에서는 case 1과 동일한 환경하에서 저압 지중함의 뚜껑을 FRP로 교체하여 실험을 실시하였다. 또한 이번 실험에서는 저압 지중함의 접지단자의 접지 저항값을 4.
대지저항률 750~800[Q - m] 정도의 대지에 크기 4xl5[m!], 울타리 높이 : 600EM, 울타리 두께 : 150[mm]로 실증실험장을 구축하였으며, 저압 지중함(500시, 100x1, 100[mm])을 설치하고 저압 지중함 주변에 보도블록을 설치하였다. 실험장은 건조 및 침수상태, 설비의 접지 및 현장 설치조건의 변화에 따른 실험이 가능하도록 하였으며, 설비의 고장상태를 모의하기 위하여 지중배선의 절연열화, 피복손상 등에 의한 지락사고가 가능토록 하였다.
3(a], 43[Q]의 두 가지 경우에 대해 동일한 실험을 실시하여 접지저항값에 따른 전위경 도의 차이를 보고자 하였다. 대지전위 측정을 위해 총 15 개의 전극을 설치하였으며 저압 지중함의 내의 누전위치의 FRP뚜껑위 직상방에 전극을 위치하게 두고 나머지 전극은 일정한 간격으로 설치하였다.
모의실험설비는 도심의 보도블록 위에 시설된 저압 지중함의 설치환경과 유사한 조건을 구축하였다. 대지저항률 750~800[Q - m] 정도의 대지에 크기 4xl5[m!], 울타리 높이 : 600EM, 울타리 두께 : 150[mm]로 실증실험장을 구축하였으며, 저압 지중함(500시, 100x1, 100[mm])을 설치하고 저압 지중함 주변에 보도블록을 설치하였다.
대지저항률 750~800[Q - m] 정도의 대지에 크기 4xl5[m!], 울타리 높이 : 600EM, 울타리 두께 : 150[mm]로 실증실험장을 구축하였으며, 저압 지중함(500시, 100x1, 100[mm])을 설치하고 저압 지중함 주변에 보도블록을 설치하였다. 실험장은 건조 및 침수상태, 설비의 접지 및 현장 설치조건의 변화에 따른 실험이 가능하도록 하였으며, 설비의 고장상태를 모의하기 위하여 지중배선의 절연열화, 피복손상 등에 의한 지락사고가 가능토록 하였다.
이번 실험은 접지단자와 저압 지중함의 틀을 접지선을 통해 본딩처리하였을 경우 지중함에서의 케이블 접속 부분에 사고가 발생된 경우를 모의한 실험이며 접지저항값에 따른 저압 지중함 주변의 전위분포를 측정하였다. 그림 3은 저압 지중함 내부의 누전모의 및 전위 측정을 위한 구성도를 나타내었다.
그림 3은 저압 지중함 내부의 누전모의 및 전위 측정을 위한 구성도를 나타내었다. 접속함 내부에서 누전점은 철재 뚜껑의 틀에 완전접촉시켰을 경우 완전지락사고가 되어 실험을 할 수 없어 누전 점은 철재 뚜껑에 완전 접촉시키지 않고 하부에서 10[cm] 이격시킨 상태로 실험을 실시하였다.
전위측정을 위한 기준접지 극은 실증실험장에서 100m 이격된 지점에 시설하였으며, 접지저항값은 47[Q]이다. 지중함 내 접지단자의 저항값은 단자함을 통해 다양한 접지값을 갖도록 구현하였으며 38 [mm2]xic의 굵기로 된 접지용 전선을 이용하여 시공하였다. 실험에 사용된 물은 저항률은 35.
그림 2는 저압 지중함 내부의 누전모의 및 전위 측정을 위한 구성도를 나타내었다. 총 15개의 대지전위 측정을 전극을 설치하였으며 저압 지중함의 뚜껑의 틀부터 전극을 위치하게 두고 나머지 전극은 일정한 간격으로 설치하였다.
[1, 2] 또한, 최근에는 기 상이변에 의 한국 지성 호우로 인해 도심지에서의 침수피해가 뱐번히 발생하고 있기 때문에 도로나 보도에 시설된 저압 지중함에서 누전될 경우에는 불특정다수에 대한 위험이 항상 도사리고 있다. 톤 연구에서는 저압 지중함에서 발생될 수 있는 전격 사고에 대한 위험성을 평가하기 위하여 저압 지중함 실증실험장을 구축하였으며, 일반적으로 설치되어 있는 철제 지중함 뚜껑의 경우와 감전 예방을 위해 일부지역에 설치된 FRP 뚜껑의 경우, 지중함 내의 절연고무판을 설치한 경우, 지중함의 노출도전부를 접지시공한 경우(틀 접지)에 대해 지중함 주변에서의 대지전위를 측정하고 지중함에서의 감전사고 위험성을 정량적으로 평가하고자 한다.

대상 데이터

이번 실험에서는 중성선에 접지 단자를 접지시켰으며 접지선은 피복선을 이용하였으며 누전 점의 위치를 지중함 철재뚜껑에서의 완전접촉, 10[cm], 30[cm], 50[cm]의 거리의 변화를 주면서 지중함 주변의 대지전위를 측정하였다. 대지전위 측정을 위해 총 21개의 전극을 설치하였으며 저압 지중함의 틀 위의 전극을 위치하게 두고 나머지 전극은 일정한 간격으로 설치하였다.
지중함 내 접지단자의 저항값은 단자함을 통해 다양한 접지값을 갖도록 구현하였으며 38 [mm2]xic의 굵기로 된 접지용 전선을 이용하여 시공하였다. 실험에 사용된 물은 저항률은 35.7[Q・m]인 지하수를 이용하였으며 도전율계(CC-411)로 측정하였다. 지중함의 침수 수위는 0.

성능/효과

(1) case 1의 실험을 통해 기존 저압 지중함 내 접 지 선은지중함내의 누전에 의한 사고전류의 귀로에 영향을 크건 미치지 못함을 확인하였으며, 누전점이 철재뚜껑에 완전 접촉되었을 경우 지중함 주변 2[m]내에서 매우 위험함을 실험을 통해 확인하였다.
(2) 절연재인 FRP 뚜껑 및 고무판을 이용하여 누전 점의 직접접촉을 방지하여 case 1에 비해 지중함 주변의 대지전위 상승이 현저히 감소됨을 볼 수 있었다. 따라서 지중함에서의 감전위험성을 줄일 수 있을 것으로 본다.
(3) 지중함 내의 금속재질의 뚜껑이나 기타 노출 도전 부를 본딩하도록 하여 전기 적 연속성 과 사고전류를 안전하게 대지로 흘릴 수 있도록 시공하면 대지전위의 상승이 거의 일어나지 않아 혹시 발생될 수 있는 지중함의 누전 사고에 의한 감전사고를 매우 효과적으로 방지할 수 있을 것으로 본다.
1[Q]으로 측정되었으며 실험시 인가전압은 217[V]이었다. 누전점이 저압 지중함의 뚜껑에 완전 접촉시는 저압 지중함에는 케이블에 충전되는 전압이 그대로 철재 뚜껑에 유기되고 거리가 멀어질수록 전위가 급격히 줄어들고 있음을 알 수 있었다. 그림 4 는 case 1에 대한 실험결과 값이다.
그림 4 는 case 1에 대한 실험결과 값이다. 뚜껑에는 207[V]의 전압이 측정되었으며 지중함과 2[m] 이상 떨어진 곳에서도 5Q71V]의 전압이 측정됨을 확인하였다. 전위분포가 선행 연구[2]에 비해 완만한 경사를 띄는 것은 보도블럭에 의해 대지로의 전류경로 형성 이 잘되 지 않기 때문이다.
주변의 대지전위값을 측정한 결과이다. 실험결과 접지 단자의 저항값에 따라 지중함 주변의 전위경도는 거의 영향이 없음을 확인할 수 있었다. 이와 같이 절연제 뚜껑인 FRP로 시공을 할 경우 주변의 전위경도는 앞선 실험 case 1 에 비해 현저히 감소됨을 볼 수 있었다.
02[V]가 측정되었다. 접지저항과 연결되어 있는 접지선이 없는 경우는 지중함의 뚜껑위에는 886[V]의 전압이 측정되었으며, 지중함과 180[cm] 떨어져 있는 전극에서는 2.54[V]가 측정되었다 저압 지중함이 완전침수되어 있을 경우는 기존의 접지단자의 접지선에 의한 전위경도는 접지선이 없는 경우와 거의 흡사한 결과가 측정됨을 확인하였다. 또한 case 1의 실험에 비해 case 3의 경우는 지중함 주변의 전위경도가 현저히 감소됨을 볼 수 있었다.
따라서 지중함에서의 감전위험성을 줄일 수 있을 것으로 본다. 하지만 완전히 물에 잠긴 상태라면 절연성 재질을 사용했다 하더라도 물에 의한 전기적 연속성으로 지중함 주변이 수중에서의 안전전압 이상이 됨을 확인하였다.

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