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문제 정의
- 본 연구는 토양의 방전 영역에서 토양의 구조와 접지전극의 형상에 따른 소규모 접지전극의 과도접지 임피던스 특성 분석을 수행하였을 때 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 연구에서는 토양의 종류와 접지전극의 형상을 고려하여 실험실 외부에 실제 접지전극의 이온화 특성을 분석할 수 있게 실험계를 구성하여 연구를 수행하였다. 대지저항률이 다른 토양과 접지전극의 형상이 다른 소규모 접지전극에서의 과도접지 임피던스를 인가전압에 따라 분석하였다.
제안 방법
- 8단으로 구성된 임펄스 전압발생기는 2~8단으로 구성이 가능하여 토양의 종류에 따라 방전이 발생하는 다양한 임계전압을 인가할 수 있게끔 하였다. 과도접지임피던스 분석을 위해서 접지전극의 전위와 접지전극을 통하여 방류되는 전류를 측정하기 위하여 분압기와 션트저항을 사용하였다. 분압기는 1057.
- 전극 형상에 따른 특성 분석을 위해서 봉 전극과 침부봉전극을 모의하였고, 접지전극의 면적과 과도접지 임피던스의 관계를 분석하기 위해서 판 전극을 모의하였다. 그리고 접지전극이 설치되는 대지의 대지 저항률 변화에 따른 과도접지임피던스를 분석하기 위해서 소규모 실험장을 제작하여, 토양의 종류와 수분의 함유량에 따른 다양한 경우의 대지 저항률을 모의하였다. 소규모 접지전극의 방전영역에서의 과도접지임피던스 측정을 위해 그림 3과 같이 실험계를 구성하였다.
- 대지저항률이 다른 토양과 접지전극의 형상이 다른 소규모 접지전극에서의 과도접지 임피던스를 인가전압에 따라 분석하였다.
- 본 연구에 적용한 임펄스 발생기와 측정시스템이 동일 접지상에서 등전위를 이루도록 본딩되어 있어서 2전극법을 적용하였다. 2전극법에서는 C극와 P 극을 동일전극으로 사용하므로 전위측정용 분압기와 임펄스 발생기의 접지가 동일한 전위기준점에 접속되어 임펄스 고전압 측정이 매우 안정적으로 이루어진다.
- 실제 접지전극의 과도접지임피던스를 측정하는 실험계 구성이 힘들기 때문에 소규모 접지전극의 과도접지 임피던스를 측정할 수 있게 실험계를 구성하였다. 전극 형상에 따른 특성 분석을 위해서 봉 전극과 침부봉전극을 모의하였고, 접지전극의 면적과 과도접지 임피던스의 관계를 분석하기 위해서 판 전극을 모의하였다.
- 전극 형상에 따른 특성 분석을 위해서 봉 전극과 침부봉전극을 모의하였고, 접지전극의 면적과 과도접지 임피던스의 관계를 분석하기 위해서 판 전극을 모의하였다. 그리고 접지전극이 설치되는 대지의 대지 저항률 변화에 따른 과도접지임피던스를 분석하기 위해서 소규모 실험장을 제작하여, 토양의 종류와 수분의 함유량에 따른 다양한 경우의 대지 저항률을 모의하였다.
- 지중에 매설된 접지전극 주위의 방전특성 및 방전영역에서의 과도접지임피던스 분석을 위해 치환용 토양과 토양을 담을 수 있는 콘크리트 블록조 시험장을 옥외에 구축하였다. 방전시험장은 직경 2[m] 크기로 제작하였으며, 지면에서의 높이는 0.
- 토양의 구조는 중량비로 계산한 50[%] 수분함량으로 저항률이 12[Q . m] 인 갯벌토 1층 구조, 30[%]의 수분함량으로 저항률이 35[Q . m]인 사토와 갯벌 토의 2층 구조에 대하여 실험을 진행 하였다.
대상 데이터
- 과도접지임피던스 측정을 위한 전원장치는 일반토양의 이온화 임계전계강도 이상의 전압을 인가할 수 있는 800[kV]급 임펄스 전압발생기를 사용하였다. 8단으로 구성된 임펄스 전압발생기는 2~8단으로 구성이 가능하여 토양의 종류에 따라 방전이 발생하는 다양한 임계전압을 인가할 수 있게끔 하였다.
- 옥외에 구축하였다. 방전시험장은 직경 2[m] 크기로 제작하였으며, 지면에서의 높이는 0.75[m]이다 실험에 사용된 토양은 갯벌토와 사토이며, 갯벌토를 이용한 1층 구조와 갯벌토와 사토를 이용한 2증 구조를 구성하였다. 실험에 사용된 갯벌토의 저항률은 12[Q .
- 사용하였다. 봉전극은 지름 12M, 길이 300[mm], 1.5[顽]의 단면적을 가지며, 침부봉전극은 침상 전극을 모의하기 위해 봉전극에 30[師]의 침 8개를 접속하여 제작되었다. 판전극은 두께 0.
- 75[m]이다 실험에 사용된 토양은 갯벌토와 사토이며, 갯벌토를 이용한 1층 구조와 갯벌토와 사토를 이용한 2증 구조를 구성하였다. 실험에 사용된 갯벌토의 저항률은 12[Q . m]이며, 30[%]의 수분을 함양한 사토는 35[Q . m] 이다.
- 실험에 사용된 접지전극은 지중방전 실험장의 크기를 고려한 소규모 봉전극, 침부봉전극 그리고 판 전극을 사용하였다. 봉전극은 지름 12M, 길이 300[mm], 1.
- 5[顽]의 단면적을 가지며, 침부봉전극은 침상 전극을 모의하기 위해 봉전극에 30[師]의 침 8개를 접속하여 제작되었다. 판전극은 두께 0.5[1皿]인 동판을 사용하여 100x200[顽]의 크기로 제작하였다. 실험에 사용된 접지전극의 사진은 그림 4와 같다.
성능/효과
- (1) 접지전극 주변의 이온화는 높은 대지 저항률의 토양에서 접지임피던스 감소에 기여하며 효과적으로 대지전위상승을 제한한다.
- (2) 대지저항률이 낮은 토양에서는 상대적으로 낮은 인가전압에서 방전영역에 도달하여 전극 형상이 과도접지 임피던스에 미치는 영향은 작다.
- (3) 침부봉전극은 낮은 전압범위에서 이온화 활성화에 유리하며 전압이 상승함에 따라 과도접지 임피던스는 봉전극과 유사한 특성을 보인다.
- 갯벌토와 사토의 2층 구조에서는 인가전압이 증가함에 따라 모든 전극에서 과도접지임피던스값이 일정하게 유지되다가 점점 작아지는 경향을 보였다. 실험 에 사용된 2층 구조는 약 75[kV]를 이온화 임 계전계강도라고 볼 수 있다.
- 이는 이온화 발생 임계전계강도가 30[kV] 이하이고 더 이상 이온화 영역이 커지지 않기 때문에 더 큰 전압이 인가하더라도 이온화에 의한 접지임피던스 변화에 영향을 주지 못했다. 또한 임계 전계 강도 이상의 전압이 인가되더라도 전압 피크점 근처에서 이온화가 활성화되므로 전압의 초기피크가 큰 값을 유지하여 접지전극의 과도접지 임피던스는 접지전극 형상의 영향을 거의 받지 않는 것을 알 수 있다.
- 실험에 사용된 접지전극의 과도접지 임피던스를 비교했을 때 낮은 인가전압범위에서 침부봉전극이과도 접지 임피던스가 제일 낮게 측정되었지만, 이온화 임계전계강도 이상일 때는 봉전극과 비슷한 결과를 보였다. 토양과 가장 접촉면이 많은 판전극은 이온화 임계전계강도 이상일 때 봉전극보다 더 높은 과도접지 임피던스를 보이는 것은 이온화에 의한 영향이 봉전극보다 작다고 할 수 있다.
- 봉전극의 전압 . 전류파형과 비교해보았을 때 비슷한 이온화 특성을 보이지만 90[kV] 이하의 인가전압에서 전류가 봉전극보다 더 크게 나타났다. 이것은 낮은 인가전압에서도 이온화 영역이 봉전극보다 더 활성화되기 때문이다.
후속연구
- 토양과 가장 접촉면이 많은 판전극은 이온화 임계전계강도 이상일 때 봉전극보다 더 높은 과도접지 임피던스를 보이는 것은 이온화에 의한 영향이 봉전극보다 작다고 할 수 있다. 향후 침부봉전극과 유사한 기존 제품과 비교 실험을 통해서 과도접지 임피던스 특성을 분석할 예정이다.
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