[논문]대지저항률에 따른 매설지선의 접지임피던스의 주파수의존성

김태기; 최영철; 최종혁; 이복희

doi:10.5207/jieie.2010.24.5.114

대지저항률에 따른 매설지선의 접지임피던스의 주파수의존성
Frequency-Dependent Grounding Impedances of Counterpoises Associated with Soil Resistivity 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.24 no.5, 2010년, pp.114 - 121

김태기 (인하대학교 대학원 전기공학과) , 최영철 (인하대학교 대학원 전기공학과) , 최종혁 (인하대학교 대학원 전기공학과) , 이복희 (인하대학교 IT공대 전기공학부)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 대지저항률과 매설지선의 길이 그리고 접지전류의 인가점에 따른 매설지선 접지임피던스의 주파수 의존성에 대하여 살펴보았다. 단일 구조와 2층 구조의 대지에 설치된 매설지선의 접지임피던스를 1[kHz]에서 10[MHz]의 주파수 범위에서 측정하고 분석하였다. 그 결과, 접지임피던스의 주파수 의존성은 대지저항률에 크게 영향을 받는 것으로 나타났으며, 그리고 높은 대지저항률의 대지에 설치된 매설지선의 접지임피던스는 수십 [kHz] 이하의 주파수에서 용량성 특성을 나타내었다. 높은 대지저항률을 갖는 대지에 설치된 매설지선의 끝단에 접지전류를 인가한 경우 접지임피던스는 높은 주파수 영역에서 증가하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper deals with the frequency-dependent grounding impedances of counterpoises relevant to the soil resistivity, the length of counterpoises and the feeding point of test current. The grounding impedances of counterpoises buried in one-layered and two-layered soils were measured and analyzed in the frequency range from 1[kHz] to 10[MHz]. As a result, the frequency-dependent grounding impedances strongly depend on the soil resistivity, and the grounding impedances within the frequency of several tens [kHz] are capacitive behavior in high soil resistivity. When injecting the ground current to the end of counterpoise buried in soil with high resistivity, the grounding impedances in high frequency are increased.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 대지저항률에 따른 매설지선의 접지임피던스의 주파수의존성에 대한 실험결과를 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 논문에서는 대지저항률에 따른 접지임피던스의 주파수의존성을 평가하기 위하여, 시설비용이 저렴하고, 시공이 편리하여 송전철탑의 피뢰설비용 접지전극으로 사용되는 매설지선을 선정하였다. 3개의 길이 10[m] 매설지선과 2개의 30[m], 50[m] 매설지선을 대지저항률이 다른 곳에 설치하여 대지저항률에 따른 접지임피던스의 주파수의존성을 분석하였으며, 길이 10[m] 매설지선의 한쪽 5[m] 부분의 토양과 50[m] 매설지선의 한쪽 25[m]의 토양에 탄소가루를 산포하여 대지저항률이 다른 위치에 접지전류를 인가한 경우 접지임피던스의 주파수의존성을 측정하고 평가하였다.

제안 방법

본 논문에서는 대지저항률에 따른 접지임피던스의 주파수의존성을 평가하기 위하여, 시설비용이 저렴하고, 시공이 편리하여 송전철탑의 피뢰설비용 접지전극으로 사용되는 매설지선을 선정하였다. 3개의 길이 10[m] 매설지선과 2개의 30[m], 50[m] 매설지선을 대지저항률이 다른 곳에 설치하여 대지저항률에 따른 접지임피던스의 주파수의존성을 분석하였으며, 길이 10[m] 매설지선의 한쪽 5[m] 부분의 토양과 50[m] 매설지선의 한쪽 25[m]의 토양에 탄소가루를 산포하여 대지저항률이 다른 위치에 접지전류를 인가한 경우 접지임피던스의 주파수의존성을 측정하고 평가하였다.
81.2에 제시된 수정된 전위강하법을 사용하여 전자유도에 의한 오차를 줄이기 위해서 90[°]로 전류보조전극과 전위보조전극을 설치하였다[4].
매설지선의 접지임피던스 측정을 위해 DC-80[MHz]의 전류를 인가할 수 있는 함수발생기와 주파수대역이 DC～250[MHz]이고 최대 출력이 75[W]인 전력증폭기를 이용하여 1[kHz]에서 10[MHz] 주파수 범위의 접지전류를 인가하였다. DC～50[MHz]의 주파수대역을 갖는 능동형 전류프로브와 차동전압프로브를 사용하여 전류와 전압를 검출하였다. 측정된 신호는 100[MS/s]의 sampling rate를 갖는 A/D 변환기를 통하여 개인용 컴퓨터로 전송되며, 디지털 필터를 이용하여 노이즈를 제거하였다.
그림 2와 같이 길이 10[m] 매설지선 3개, 30[m] 매설지선 2개, 50[m] 매설지선 2개를 설치하여 각각의 대지저항률에 따른 접지임피던스의 주파수의존성을 측정하고 평가하였다. 매설지선은 단면적이 25[mm²]의 나동선으로 지면으로부터 0.
그림 6 (a)에 나타낸 것과 같이 길이 10[m] 매설지선의 한쪽 5[m]를 탄소가루를 산포하여 대지저항률을 낮춘 쪽의 전류인가점을 Low, 그렇지 아니한 쪽의 인가점을 High로 설정하여 접지전류의 인가점의 대지저항률에 따른 접지임피던스의 주파수의존성에 대하여 측정하였다. 양 끝단에서 접지저항을 측정한 경우 16[Ω]으로 접지저항은 같게 나타났다.
매설지선의 접지임피던스 측정을 위해 DC-80[MHz]의 전류를 인가할 수 있는 함수발생기와 주파수대역이 DC～250[MHz]이고 최대 출력이 75[W]인 전력증폭기를 이용하여 1[kHz]에서 10[MHz] 주파수 범위의 접지전류를 인가하였다. DC～50[MHz]의 주파수대역을 갖는 능동형 전류프로브와 차동전압프로브를 사용하여 전류와 전압를 검출하였다.
측정된 신호는 100[MS/s]의 sampling rate를 갖는 A/D 변환기를 통하여 개인용 컴퓨터로 전송되며, 디지털 필터를 이용하여 노이즈를 제거하였다. 이렇게 측정된 전압과 전류 크기의 비를 이용하여 임피던스를 산출하였다.
접지저항은 대지저항률에 직접적으로 영향을 받지만 접지임피던스는 인가되는 전류의 주파수에 따라 다른 양상을 보이기 때문에 대지저항률에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성을 실험적으로 분석하였다.
특히 매설지선의 경우 전류보조전극과 전위보조전극을 90[°]로 배치하는 2가지 방법이 있으나 전류보조전극을 매설지선의 길이방향에 위치시키는 것이 전류의 흐름으로 인해 발생하는 전위보조전극의 전위상승에 따른 도전유도의 영향이 작기 때문에 본 연구에서는 모든 전류보조전극의 위치를 그림 1과 같이 설치하였다[5].

대상 데이터

매설지선은 단면적이 25[mm²]의 나동선으로 지면으로부터 0.5[m] 깊이에 매설하고, 단면적 25[mm²]의 GV전선을 접지도선으로 사용하였으며, 접지전류의 인가위치는 매설지선의 끝단으로 하였다.

이론/모형

길이 10[m] 매설지선이 설치된 3곳의 겉보기 대지저항률은 H. B. Dwight에 의해 제안된 매설지선의 접지저항을 산출하는 식 (1)로 구하였다[8].

성능/효과

(1) 동일한 길이의 매설지선에서 매설지선이 설치된 위치의 대지저항률이 낮을수록 더 낮은 주파수에서부터 접지임피던스가 증가하는 것으로 나타났다.
(2) 매설지선을 대지저항률이 낮은 대지에 설치하는 것은 접지저항뿐만 아니라 접지임피던스의 저감에 효과적이다.
(3) 매설지선의 길이가 긴 경우 인덕턴스의 영향으로 짧은 매설지선에 비하여 더 낮은 주파수에서부터 접지임피던스가 크게 나타난다.
(4) 매설지선 주변의 대지저항률이 다를 경우 접지도선을 대지저항률이 낮은 곳에서 인출하는 것이 접지임피던스의 저감에 효과가 큰 것으로 밝혀졌다.
길이 10[m], 30[m] 매설지선과 마찬가지로 50[m] 매설지선 또한 대지저항률이 낮은 경우 접지임피던스가 감소하는 경향은 저주파수에서만 나타났으며, 20[kHz] 이상의 주파수에서부터 증가하는 추세를 나타냈다. 높은 대지저항률에서의 경우도 약 50[kHz]부터 증가하는 추세를 나타내었으며, 10[m], 30[m] 매설지선에 비하여 낮은 주파수에서부터 증가하는 추세를 나타냈다. 이는 길이 10[m], 30[m] 매설지선에 비하여 50[m] 매설지선의 인덕턴스가 크기 때문이라 판단된다.
대지저항률이 가장 높은 375[Ω·ｍ]인 위치에 설치된 매설지선의 접지임피던스의 주파수의 증가에 따른 감소가 가장 크게 나타났다.
Low쪽에서 접지임피던스를 측정하는 경우 주파수가 증가하여도 대지저항률이 낮은 부분에서 전류가 대지로 모두 방류되고 대지저항률이 높은 접지전극의 후단으로는 전류가 거의 흐르지 않게 되어 높은 주파수까지 낮은 접지임피던스를 유지하는 것으로 판단된다. 따라서 매설지선을 시공할 때 접지도선을 대지저항률이 낮은 위치에 접속하는 것이 접지임피던스의 저감에 큰 효과가 있는 것으로 밝혀졌다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	접지시스템에 대한 관심이 증가하고 있는 이유는 무엇인가?	최근 고도 정보화 사회로 발전되면서 전력전송 전압의 고전압화, 전원 전압의 승압, 정보통신설비를 비롯하여 제어기기, 자동화기기, 사무화기기 등 각종 설비가 전자기기화로의 진보에 따라 안전성과 운용의 신뢰성에 직접적으로 관련되어 있는 접지시스템에 대한 관심이 가일층 고조되고 있다. 선진국의 경우 접지에 대한 연구가 활성화 되어 다양한 접지시스템에 대한 연구가 이루어져 적용되고 있으나 국내에서는 고주파용 접지시스템에 대한 연구가 활성화되지 못하여, 접지공사 기법에 대해서 정확하게 밝혀지지 않은 점이 많이 있다[1].
	단일 구조와 2층 구조의 대지에 설치된 매설지선의 접지임피던스를 1[kHz]에서 10[MHz]의 주파수 범위에서 측정하고 분석한 결과는 어떠한가?	단일 구조와 2층 구조의 대지에 설치된 매설지선의 접지임피던스를 1[kHz]에서 10[MHz]의 주파수 범위에서 측정하고 분석하였다. 그 결과, 접지임피던스의 주파수 의존성은 대지저항률에 크게 영향을 받는 것으로 나타났으며, 그리고 높은 대지저항률의 대지에 설치된 매설지선의 접지임피던스는 수십 [kHz] 이하의 주파수에서 용량성 특성을 나타내었다. 높은 대지저항률을 갖는 대지에 설치된 매설지선의 끝단에 접지전류를 인가한 경우 접지임피던스는 높은 주파수 영역에서 증가하였다.

참고문헌 (8)

이복희, 이승칠, “접지의 핵심 기초 기술” 도서출판 의제, pp.1-23, 1999.
R Kosztaluk, M. Loboda, D. Mukhedkar, “Experimental Study of Transient Ground Impedances”, IEEE Tras. PAS, Vol.100, No.11, pp.4653-4660, 1981.

상세보기
이복희, 조성철, 엄주홍, “대지저항률의 주파수 의존성”, 한국조명.전기설비학회 추계학술대회 논문집, pp.373-376, 2003.
IEEE Std 81.2-1991, “IEEE Guide for Measurement of Impedance and Safety Characteristics of Large, Extended or Interconnected Grounding Systems”, IEEE Inc., pp. 4-15, 1991.
최종혁, 최영철, 이복희, “수직 접지전극의 접지임피던스
Masanobu Tsumura, Yoshihiro Baba, “FDTD Simulation of a Horizontal Grounding Electrode and Modeling of its Equivalent Circuit”, IEEE Trans. on EC, Vol.48, No.4, pp. 817-825, 2006.

상세보기
김태기 外, “심매설 접지전극의 접지임피던스의 주파수 의존성”, 한국조명·전기설비학회 춘계학술대회 논문집, pp.70-73, 2008.
H. B. Dwight, “Calculations of Resistance to Ground”,

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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